Анализ потребительского спроса, обобщенный главным конструктором Тулмашзавода В. М. Пудовеевым, показал, что целесообразнее, с одной стороны, усовершенствовать 3-колесный мотороллер таким образом, чтобы на него можно было бы устанавливать широкие шины, а с другой — создать оригинальный мотоцикл, способный ездить по сельхозугодьям при любой погоде. И что же? А то, что производственная программа ТМЗ предусматривала лишь наращивание выпуска запланированной продукции, и возможности освоения новых ее видов были крайне ограничены. Изготовление же новых моделей требовало больших усилий. Требовался, как говорят в народе, закоперщик, и он нашелся. Им оказался конструктор из КБ спортивных мотороллеров Тулмашзавода Е. Д. Власов. Вот что вспоминает о том времени Евгений Дмитриевич: «Имея опыт участия в различных мотоциклетных состязаниях, я понимал, что сельскому мотолюбителю больше всего понравится устойчивый мотоцикл с низким центром тяжести, на возможно более широких шинах низкого давления, способный долгое время ехать на низших передачах без перегрева хорошо приспосабливающегося принудительно охлаждаемого двигателя, в котором использовался бы низкооктановый бензин. С этой идеей я неоднократно выступал на заседаниях техсовета, обращался к руководству завода, беседовал с коллегами. Но мое предложение долгое время не принимали всерьез. Первым меня поддержал А. В. Лотоцкий еще в 1964 г. С того времени началась работа над первым тульским мотоциклом».
Приступая к столь непростому делу, конструкторы решили существенно усовершенствовать двигатель. В то время за рубежом уже использовали впускные лепестковые клапаны, а в выпускной системе мотора — резонатор, позволявший улучшить наполнение цилиндров и впервые примененный инженером из ГДР Циммерманом. Эти технические решения обещали без форсирования двигателя, за счет повышения степени сжатия и увеличения частоты вращения коленвала заметно повысить мощность, стабилизировать работу на средних и малых оборотах, улучшить приспособляемость машины к сложным дорожным условиям. Отработкой клапана-гомонизатора на впуске и оптимизацией характеристик мотора занимались А. А. Плешаков и А. И. Балахтар под руководством начальника КБ Е. И. Гололобова. Проектировали же новый мотоцикл В. В. Белов, Е. Д. Власов, И. Г. Лерман и др. — при творческом участии главного конструктора В. И. Пудовеева.
Тем временем в Ленинградском филиале Всесоюзного института технической эстетики разрабатывали под руководством С. М. Николаева дизайн новой машины. Перед художниками стояла непростая задача. Требовалось создать стремительный силуэт; очень плотно скомпоновать силовой агрегат; сильно открыть колеса, достаточно высоко приподняв над ними крылья; придать линиям бензобака, резонатора и сиденья элегантные изгибы — словом, сделать гармоничную, радующую глаз конструкцию.
Однако последнее слово было все-таки за компоновщиками ТМЗ. Особенности серийного производства не всегда позволяют учесть все проработки дизайнеров, стремящихся, по законам своего жанра, к изысканности художественных решений, когда выбранные формы, будь то изделие в целом или его отдельная часть, становятся уникальными, неповторимыми, ни на что не похожими. Заводчанам же, напротив, очень даже желательно собирать новую машину из унифицированных узлов, а то и целых агрегатов. На новом мотоцикле применили переднюю вилку и амортизаторы задней подвески от мотоцикла «Восход», приборный щиток — от «ИЖа», а задний фонарь, фару, световозвращатели и немало других узлов и деталей — от ряда прочих отечественных байков. Иначе говоря, в вопросе эстетической уникальности модели выбрали компромиссное решение.
Вот как был устроен первый тульский мотоцикл, обозначенный «Тула-5.951». Рама, сваренная из тонких цельнотянутых труб, представляла собой две соединенные вместе симметричные половины. Между ними располагался двигатель, а выше, около рулевой трубы, крепился бензобак, состоявший из двух одинаковых, как бы зеркально отраженных, емкостей, сообщавшихся между собой с помощью установленного снизу патрубка. Образовавшуюся нишу прикрыли специальной крышкой. Поверх части бензобака, мотора и заднего крыла поместили двойное сиденье, привинтив его к раме, приукрашенной боковыми накладками, между которыми разместили воздушный фильтр и аккумулятор. Позади сиденья закрепили миниатюрный багажник. С правой стороны мотора установили центробежный вентилятор, с левой — выхлопную систему с расположенными в общем корпусе резонатором и глушителем. Рычаги переключения передач и кик-стартера поместили с левой стороны, педаль управления задним тормозом — с правой. Подножки пассажира были откидными.