Принципиально новым дизель-электрическим локомотивом украинского производства стал тепловоз ТЭ10 «Харьков», спроектированный в Харькове в 1957–1958 гг. под руководством А. Кирнарского. На нем установили дизель 10Д100 мощностью 3000 л. с., что делало ТЭ10 самым мощным в мире для своего времени односекционным тепловозом. Каждый из шести тяговых электромоторов ЭДТ-340А развивал мощность 307 кВт. Впервые в советском тепловозостроении был применен несущий корпус, что дало существенную экономию массы – ТЭ10 весил 138 т (не намного больше втрое менее мощного ТЭ1). В 1958–1961 гг. ХЗТМ изготовил 26 локомотивов этой серии. На ее основе начали производство двухсекционных тепловозов 2ТЭ10 «Украина» (19 локомотивов в 1960–1963 гг.) и односекционных пассажирских локомотивов ТЭП10 «Стрела» (355 экземпляров в 1961–1968 гг.).
Двухсекционный тепловоз ТЭ3 выпускался с 1955 г.
Пассажирский тепловоз ТЭП10
Основным производителем двухсекционных локомотивов на базе ТЭ10 являлся Луганский тепловозостроительный завод. С 1961 г. здесь начался выпуск тепловозов 2ТЭ10Л, которые отличались от харьковских рамным, а не несущим кузовом, и были на 80 % унифицированы с локомотивами ТЭ3. Но по мощности и технико-экономическим показателям 2ТЭ10Л существенно превосходил ТЭ3. Он был несколько длиннее предшественника (длина одной секции составляла 18,6 м вместо 16,7 м) и на 6 т тяжелее (2 x 129 т вместо 2 x 126 т), но при этом развивал в полтора раза большую мощность, а значит – мог водить более тяжелые составы. Первый экземпляр 2ТЭ10Л был готов в 1961 г. В течение нескольких лет он проходил испытания, а в 1964 г. Луганский завод изготовил первую партию новых локомотивов – 12 единиц. На следующий год было изготовлено уже 80 2ТЭ10Л, а с 1968 г. предприятие ежегодно выпускало более 300 таких тепловозов (более 600 секций). Всего же до 1977 г. завод изготовил 7309 секций таких тепловозов этой серии.
Двухсекционный локомотив 2ТЭ10Л
Тепловоз 2ТЭ10М
В 1974 г. в Луганске построили тепловоз 2ТЭ10В – модификацию 2ТЭ10Л, унифицированную с более мощным локомотивом 2ТЭ116. Поначалу оба варианта 2ТЭ10 производились параллельно, но с 1977 г. выпускался только 2ТЭ10В. До 1981 г. завод изготовил 3162 секции (1581 тепловоз) 2ТЭ10В.
С середины 1970-х гг. в Луганске велись работы по созданию трехсекционного локомотива на базе ТЭ10. Он имел две одинаковые концевые секции и специально разработанную среднюю, а его мощность составляла 9000 л. с. (3 x 3000 л. с.). Первый экземпляр 3ТЭ10М – такое обозначение получил новый локомотив – был готов в 1978 г., а в 1981 г. начался выпуск и двухсекционных 2ТЭ10М. В 1983–1988 гг. специально для Байкало-Амурской магистрали выпускался четырехсекционный тепловоз 4ТЭ10С. Всего до 1990 г. изготовили 640 локомотивов (1920 секций) 3ТЭ10М, 2464 локомотива (4928 секций) 2ТЭ10М, 25 тепловозов (100 секций) 4ТЭ10С и три (шесть секций) 2ТЭ10С. Наконец в 1989–2007 гг. выпускались тепловозы 2ТЭ10У (555 экземпляров) и 2ТЭ10УТ (100). В общей же сложности украинские предприятия изготовили 19 183 секции тепловозов ТЭ10 всех модификаций (из них 339 – ХЗТМ и 18 782 – Луганский тепловозостроительный завод).
Особым направлением деятельности Луганского тепловозостроительного завода с конца 1960-х гг. стал выпуск специальных экспортных моделей локомотивов. Первым из них стал односекционный тепловоз ТЭ109 с дизелем 1А-5Д49 мощностью 3000 л. с. Он соответствовал европейскому железнодорожному габариту и имел ряд особенностей в оборудовании. Проектирование локомотива осуществлялось с 1966 г. по заказу железных дорог Германской Демократической Республики, а выпуск начался в 1968 г. Именно ГДР стала основным покупателем ТЭ109 – она получила 873 локомотива. Кроме того, тепловозы этого типа поставлялись в Болгарию, Чехословакию, Польшу, Нидерланды. Для СССР изготовили 33 тепловоза ТЭ109. Все они эксплуатировались на промышленных предприятиях Министерства цветной металлургии. Выпуск ТЭ109 продолжался до 1981 г. Специально для ГДР Луганский завод изготовил и семь односекционных тепловозов ТЭ129 мощностью 4000 л. с.
Локомотив ТЭ114 экспортировался в страны с жарким климатом
Подавляющее большинство советских магистральных локомотивов изготавливались по вагонной схеме. Однако она считалась не слишком подходящей для стран с жарким климатом. Специально для них Луганский завод выпускал тепловозы капотной схемы ТЭ114 с дизелем 3-5Д492Т мощностью 2800 л. с. В 1971–1985 гг. изготовили свыше 250 таких локомотивов, поставлявшихся в Египет (23), Сирию (110), Гвинею, на Кубу (107), а также на советские промышленные предприятия. В 2003–2004 гг. Луганский завод поставил 30 локомотивов ТЭ114И в Ирак.
Тепловоз М62 изготовлялся с 1965 г. – в основном на экспорт