ТЭ1
В отличие от, например, создания самолёта Ту-4, когда конструкторам приходилось точно копировать все детали американского B-29, в данном случае условия были менее жёсткие. Инженерам предстояло перевести размеры из дюймовой шкалы измерения в метрическую, а затем подогнать их под советские государственные стандарты, а также разработать узлы с учётом использования выпускаемых в СССР материалов и имеющегося оборудования. По этой причине диаметр колёс был изменён с 1016 (40 дюймов) на 1014 мм (уже в процессе выпуска его увеличат до 1050 мм), вместо тормоза EL14 системы Вестингауза применён тормоз Матросова, а сам тепловоз по сравнению с прототипом стал на 40 мм длиннее ( против ) и почти на 3 тонны тяжелее (123,9 против 121,2 т). В целом все работы по проектированию были закончены уже в 1946 году, то есть заняли около года.
ТЭ3
15 июля 1959 года и 19 июля 1960 года Совет министров СССР выпустил постановления соответственно и о разработке проектов модернизации ТЭ3. Этими проектами занимались Харьковский и Луганский заводы. Проект Луганского завода (проектное обозначение ТЭ20) предусматривал сохранение длины и конструкции кузова ТЭ3. На обоих тепловозах планировалось применить дизель-генераторные установки мощностью 2000 л.с. и состоящие из восьмицилиндрового дизельного двигателя 6Д100 (вместо десятицилиндровго 2Д100) и тягового генератора ГП307. Общий вес нового дизель-генератора 6Д100 был на 4550 кг легче дизель-генератора 2Д100.