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
Основу конструкции каждой секции тепловоза составляет главная рама, через которую передаются тяговые и тормозные усилия, и кузов с каркасом вагонного типа, несущим боковые и лобовые стенки и крышу. На концах рамы каждой секции были установлены автосцепки типа СА-3 с фрикционными аппаратами. Главная рама опирается через роликовые опоры на две трёхосные тележки. Рама каждой тележки через листовые рессоры и цилиндрические пружины, расположенные у концов тележки, подвешена к балансирам, опирающимся на буксы колёсных пар. Диаметр КП по кругу катания на новых бандажах — 1050 мм. Тяговые электродвигатели имеют опорно-осевое подвешивание. Тяговая передача - односторонняя прямозубая с жёстким венцом зубчатого колеса. Передаточное число тяговой передачи — 4,41. В каждой буксе находится по два подшипника с цилиндрическими роликами.
На каждой секции был установлен десятицилиндровый двухтактный дизель 2Д100 системы Корейво с вертикальным расположением встречно-движущихся поршней с прямоточной продувкой. Дизель имел два коленчатых вала: верхний и нижний, между собой валы синхронизированы вертикальной передачей. Отбор мощности осуществлялся от нижнего коленвала. Номинальная мощность дизеля 2000 л.с. Дизель 2Д100 создавался под руководством Б. Н. Струнге, его прототипом служил судовой дизель фирмы Фербенкс-Морзе типа 38D8⅛″. По словам главного конструктора тепловоза А. А. Кирнарского, только рама дизеля «похудела» в процессе доводки более чем на 2 тонны.