Reemplazar todas las apariciones de una cadena con valores de una matriz

Usaría una expresión regular y una devolución de llamada personalizada, como esta:

$str = "Line <br> Line <br> Line <br> Line <br>";
$replace = array("1", "2", "3", "4");
$str = preg_replace_callback( '/<br>/', function( $match) use( &$replace) {
    return array_shift( $replace) . ' ' . "\n";
}, $str);

Tenga en cuenta que esto supone que podemos modificar el $replace formación. Si ese no es el caso, puede mantener un contador:

$str = "Line <br> Line <br> Line <br> Line <br>";
$replace = array("1", "2", "3", "4");
$count = 0;
$str = preg_replace_callback( '/<br>/', function( $match) use( $replace, &$count) {
    return $replace[$count++] . ' ' . "\n";
}, $str);

Puedes ver desde esta demostración que esto genera:

Line 1 Line 2 Line 3 Line 4