箭的第二级，第一代及第二代则分别为YF-73、YF-75，两台发动机通过机架并联使用。2003年开始预研论证，2006年10月作为长征五号芯二级动力装置正式开展研制。有别于中国此前的燃气循环液氢液氧发动机YF-73及YF-75，YF-75D首次採用膨胀循环，其优点在于膨胀循环发动机省去了燃气发生器以及预燃系统等，避免涡轮烧蚀，提高可靠性；并可调整燃料混和比例优化燃料利用，能够多次点火。