D型柴油机车并迅速投入批量生产，成为中国铁路前四次铁路大提速的客运机车主力之一。该型机车是在东风4B型和东风4C型柴油机车的基础上，结合了东风6型和东风10F型柴油机车上的成熟技术，设计开发而成的交—直流电传动干线客运机车。机车装用一台由大连机车车辆厂与英国里卡多公司合作研制的16V240ZJD型柴油机，装车功率为4,000马力（2,940千瓦）。牵引传动系统采用TQFR-3000E型同步牵引发电机和ZD109B型直流牵引电动机，牵引电动机采用滚动轴承抱轴半悬挂驱动方式，机车最高速度为145公里/小时。