斯克机械制造厂在1969年试制了首台TEM5型柴油机车。该型机车装用一台由科洛姆纳内燃机车制造厂研制、装车功率为1200马力的3А-6Д49型四冲程柴油机（苏联国家标准GOST型号为8ЧН26/26），以及ГП-319Б型牵引发电机、ЭД-107А型牵引电动机。1970年，TEM5-002号机车在全苏铁道运输科学研究院的环形铁道试验线上进行了热工牵引及动力学性能试验。1974年4月至9月，TEM5-013号机车再次在环形铁道试验线上进行试验。试验结果显示，TEM5型柴油机车与TEM2型机车相比，其牵引性