Als sich Mitte der 1980^er Jahre immer deutlicher abzeichnete, daß das Space Shuttle nicht in der Lage war, alle Nutzlasten des Pentagon mit der erforderlichen Flexibilität zu starten, besannen sich die Planer wieder der bewährten Titan Rakete. Während noch die letzten Titan-​34D starteten, erhielt Martin Marietta bereits im März 1984 einen Studienauftrag, der mögliche Verbesserungen der Rakete untersuchen sollte. Klar war, daß die Nutzlastkapazität auf 17,8 t für niedrige Umlaufbahnen steigen sollte. Außerdem sollten sowohl die zweigeteilte IUS-​Oberstufe als auch die Centaur-​G mit ihr eingesetzt werden können. In Verbindung mit einer voluminöseren Nutzlastverkleidung sollte die neue Titan Variante all die Nutzlasten transportieren können, die eigentlich für das Space Shuttle konzipiert worden waren. Martin Marietta nahm diese Vorgaben auf, verlängerte nochmals die beiden Feststoffbooster und auch die Erststufe. Weiter verbesserte Triebwerke und modernste Computer wurden eingeführt. Für diese zunächst als Titan-​34D7  bezeichnete Konfiguration erteilte das Pentagon schließlich im Februar 1985 den Auftrag zum Bau von 10 Raketen Titan-​IV. Nach der Explosion der Raumfähre Challenger im Januar 1986 wurde das Programm weiter beschleunigt. Und bereits im August 1986, noch vor dem Jungfernflug der Titan-​IV, erhielt Martin Marietta einen Nachfolgeauftrag über weitere 13 Raketen. Dieser wurde im November 1989 um nochmals 18 aufgestockt. Dank einer modularen Nutzlastverkleidung von McDonnell Douglas (später Boeing) und verschiedener Oberstufenkonfigurationen eignete sich die Titan-​IV für unterschiedlichste Missionen (Modell 401 = Titan-​IV mit Centaur-​Oberstufe, Modell 402 = Titan-​IV mit IUS-​Oberstufe, Modell 403 = Titan-​IV ohne Oberstufe bei Satelliten mit eigener Kickstufe, Modell 404 = Titan-​IV ohne Oberstufe bei Start von Vandenberg und Modell 405 = Titan-​IV ohne Oberstufe bei Start von Cape Canaveral). Im Februar 1997 wurde erstmals die verbesserte Titan-​IVB eingesetzt. Die bisherige Titan-​IV wurde nun als Titan-​IVA bezeichnet. Sie flog letztmals im August 1998.