处理器CPU: 小米4联通3G版采用了高通 骁龙801（MSM8274AC）型号处理器，主频2.3G 小米3联通3G版则采用了高通 骁龙800（MSM8274AB）型号处理器，主频2.5G 小米4采用的骁龙801（MSM8274AC）型号处理器并不支持4G，仅仅是在主频上有所提升，区别不大。GPU: 小米3和4都采用了高通 Adreno330，图形处理性能一样。
屏幕分辨率: 小米4并未采用最前沿的2K分辨率而是与小米3一样采用了1080P的分辨率，像素密度为441ppi，理论上超过300ppi就极为精细了，所以在5寸屏幕上沿用1080p的分辨率也无可厚非。屏幕尺寸： 两者采用了5寸的手机屏幕，单手操作在大屏时代被逐渐舍弃。屏占比： 小米3受到跑马边框的拖累，屏占比只有65%左右。 由于小米4在边框的控制上下了一番功夫，将小米4的屏占比提高到了72%。在屏占比上提高了不少。
摄像头后置摄像头： 小米3采用了索尼堆栈式1300万像素摄像头，f2.2光圈，支持1080p（30帧/秒）视频录制。 小米4采用了索尼二代堆栈式1300万像素摄像头，f1.8光圈，支持2K（30帧/秒）视频录制。 因为米4采用了更新一代的摄像头所以提升还是比较明显的。前置摄像头： 前置摄像头从200万提高到了800万，喜爱自拍朋友的福音。
电池： 电池方面都采用了不可拆卸式的设计，从小米3 3050mAh提升到小米4 33080mAh电量基本保持不变。内存： 内存从2G提升到了3G，但是性能过剩，感觉提升意义不大。
直观感觉上来说此次提升最为明显的就是手机外观的外观了，不过模仿iphone的外观设计也引来较大的争议。手机机身尺寸： 小米3 144x73.6x8.1mm 小米4 139.2x68.5x8.9mm 虽然长宽变短了，但是厚度没控制好，增加了0.8mm。手机机身重量： 小米3 145g 小米4 149g 重量上也增加了4g，难道多出来的就是那块钢板？不过增减4g感觉起来应该没差。
外观设计： 小米前三代都维持了没有设计就是最好的设计的理念于是有了小米3的外形。 小米4则在边框、工艺和外形上多处可以看到模仿iphong4和iphone5的迹象，特别是侧身照极易误认为是iphone。在外观设计上争议较大。
小米3开放购买，随到随买。 小米4开放抢购，黄牛一大推，抢到了欢天喜地，没抢到下次继续。但是今年小米出货量目标很高，单靠抢购估计难以完成目标，后期应该会转向预约购买，3到4周发货的模式。
购买小米3的理由： 小米4在性能上并没有特别明显的升级，而且在智能手机性能过剩的时候，小米3完全够用。而且现货发售，比小米4便宜500元。
购买小米4的理由： 外观好看、外观好看、外观好看！！支持4G，4G是未来的网络发展方向，更快当然更好，不过小米移动4G版要到9月发布，电信联通4G版更是要到年底发布。
性价比、实用党来说完全应该选择更便宜更好买性能相差不大的米3，对于外貌协会、网不快会死星人来说小米4则更加合适。
以上对比仅为个人观点，希望能够提供一些参考而已
如有谬误欢迎指正
因为小米3移动3G版采用英特尔处理器所以有所不同。虽然小米4 4G版都未发布，但应该只是在处理器上有所区别而已。