Основным вооружением является казнозарядный 240-мм миномёт 2Б8. Миномёт крепится рамой опорной плиты к балкам на верхнем кормовом листе корпуса шасси 2С4. Для грубой наводки в вертикальной плоскости (выставление прицела) и заряжания миномёта используется гидросистема. В горизонтальной плоскости и для точной наводки (выставление точных значений прицела и угломера) используется ручной привод. Заряжание миномёта происходит при угле 90 градусов. При заряжании из механизированных боеукладок мина подаётся на направляющие, после чего оператор снаряжает мину необходимым зарядом, затем производится автоматическая досылка выстрела в канал ствола. Для заряжания с грунта миномёт 2С4 оборудован специальной лебёдкой. Выстрел производит наводчик орудия при помощи специального выносного пульта. Возимый боекомплект «Тюльпана» составляет либо 20 фугасных мин, либо 10 активно-реактивных. Максимальная скорострельность при угле возвышения 60° и среднем положении ствола — 1 выстрел за 62 секунды[9][5][10].

В основной боекомплект миномёта 2Б8 входят фугасные мины 53-Ф-864 с максимальной дальностью стрельбы в 9,65 км, а также активно-реактивные мины 3Ф2 с максимальной дальностью стрельбы в 19,69 км. В 1982 году на вооружение 2С4 был принят корректируемый снаряд «Смельчак». Кроме того, для 240-мм миномётов М-240 и 2С4 разработаны: зажигательные мины «Сайда», снаряжённые напалмом и образующие устойчивые очаги возгорания на площади 7850 м² вокруг центра разрыва снаряда, кассетные мины «Нерпа», снаряжённые осколочно-фугасными боевыми элементами 3ОФ16, ядерные снаряды мощностью 2 килотонны в обычном и активно-реактивном варианте, а также нейтронные снаряды «Смола» и «Фата». Дополнительно самоходный миномёт 2С4 оборудован 7,62-мм пулемётом ПКТ. Пулемёт установлен на вращающейся башенке командира, углы вертикального наведения составляют от −6° до +15°, а горизонтального — от 164° влево до 23° вправо. Для личного оружия расчёта миномёта предусмотрены два крепления под автоматы АКМС, а также крепление для сигнального пистолета. Для борьбы с бронетехникой противника в корпусе САУ имеются крепления для противотанкового гранатомёта РПГ-7В. В возимый боекомплект дополнительного вооружения входят: 1500 патронов для пулемёта, 600 патронов для автоматов, 18 ракет к сигнальному пистолету и 2 гранаты для противотанкового гранатомёта[9][5][6][11].