機関として、連続定格出力2,000ps/1,500rpmのDMP81Zディーゼルエンジンを1位側ボンネット内に1基搭載する。この機関はDD13形用のDMF31系エンジンに端を発する国鉄機関車用副燃焼室式中速ディーゼル機関の最終進化形態となった機種であり、基本的にはDML61ZBのシリンダーブロックを組み替えて4気筒増設したV型16気筒とし、さらに過給器系の見直し・強化で2,000psを実現したものであった。したがって消耗部品の多くはDML61系、ひいてはその原型となったDMF31S系とも互換性があり、保守や部品補給の面で有利と見なされていた。このDMP81Zからの出力を受け止める液体式変速機は、DD51形等で実績のある充排油式のDW2Aを改良して、1速時2段4要素、2.3速時1段4要素を自動的に切り替えられるように設計され、吸収馬力1,440ps相当（計画値）のハイドロダイナミックブレーキ機構のための流体継手を内蔵した、DW7が新たに設計された。これらの組み合わせによる引張特性はDD51形に近い値となっており、摩擦係数0.3の場合の最大引張力は約21,000㎏を公称した。また、この大出力機関やハイドロダイナミックブレーキから発生する熱を放散する冷却システムは、その排熱量の過大さもあってアルミ製のEX7A形が主回路用29本、吸気冷却用9本で合計38本分だけ、前述の通り2位側ボンネットに集約搭載された。これは2位側ボンネットの運転台直前に置かれた容量600リットルの水タンクから供給される冷却水を用いる水冷式で、全長約3.5mにも及ぶ大型のラジエーターパネルをボンネットの左右側面に配し、DW7からユニバーサルジョイントで導かれた動力で駆動される2基の大径ファンによって強制通風することで冷却を行うものである。
※以下、各部機器配置の説明にあっては、ボンネットの長い側を「1位側」短い側を「2位側」と記述する。車体はDE10形を基本としつつDD51形の特徴を折衷した、セミセンターキャブ構造の凸型である。この車体設計では台枠の軽量化が重点的に実施されており、従来の機関車と比較して単位長あたりの重量が約75%と大幅に軽量化されている。DE10形では機関や駆動系と冷却系が1位側ボンネットに集中搭載されていたが、本形式では機関や冷却系の大型化もあり、1位側ボンネットにはエンジン、液体変速機、補機類が収められており、2位側ボンネットには機関の出力向上とハイドロダイナミックブレーキ装備による放熱量増大に対応した大型ラジエーターや水タンク、2基の強制冷却ファンなどが設置される分散配置構造としている。なお、本機は貨物列車および固定編成客車牽引用として計画されており、在来形客車による旅客列車の牽引は想定外であったため、SG（暖房用蒸気発生装置）は搭載していない。また、DE10形とは異なり、本線での高速貨物列車牽引が主目的であったため、運転台の構造は入換用途に配慮したDE10形のように線路と平行に位置したものではなく、DD51形のように枕木と平行に位置したレイアウトになっており、運転台部分の外観形状もDD51形の当該部分からSG搭載スペースの部分をカットして前後に縮めたようなデザインにまとめられている。
『オバケのQ太郎』の作品に出てくるキャラクターの顔と共に「の巻」と表示され（「（キャラクターの顔）の巻」）、各ステージとなる。それらのキャラクターにプレゼントを届けたり、誘拐されたオバケの仲間を助けるのが目的。各面は「n日目」のように表示される。Q太郎は歩く、ジャンプ（Bボタン）、飛び降りる（下＋Bボタン）という動作のほか、ジャンプをしながらBボタンを押すことによって空を飛べる。飛行形態は歩行時よりも敏捷に動くことが出来る。空腹ゲージが設定されており、普通に歩いていても止まっていても少しずつ減っていくほか、空を飛ぶとゲージが激しく減る。ゲージが一定量以下になると空を飛ぶことが出来なくなり、ゲージがなくなるとミスになる。ゲージは食べ物を食べる事によって回復する。犬や、ワンワン砲と呼ばれる犬の鳴き声（「キャンキャン」「ワンワン」という2種類の鳴き声と共に、「ワン」と書かれた1つあるいは「ワ」と「ン」の2文字となって飛んでくる）に当たるとミスになり残機が減る。残機が無くなるとゲームオーバー。Q太郎は当初は攻撃手段を持たないため、犬を避けて進むことになる。たまにステージの途中にスペシャルキャンディーが置いてあり、これを食べるとガウガウ砲（「ガウ」という2文字が飛んでいく）で犬を追い払うことができるようになる。Aボタンで発射する。キャンディー1つでガウガウ砲4発が補給され、ガウガウ砲のストックは9発まで。ガウガウ砲とワンワン砲が当たると相殺されていずれも消滅する。Q太郎と犬の垂直座標が同じ前後1コマ分で重なると、犬は吼えない。これを利用して犬の鼻先に着地させつつ犬の鼻面にガウガウ砲を撃って安全に倒すことが出来る。ガウガウ砲を当てて倒した犬は画面下方に沈んでいくが、この犬の残骸に触れてもミスになる。ただしこの残骸に連続してガウガウ砲を当てることにより1回1000点の高得点となる。ステージは基本的に一本道である。途中でSTOPと書かれた場所（そのステージの中間地点）では全ての食べ物を食べ集めなければならない。それによってストーリーに沿ったアイテムが出現し、それを確保するとステージの先へ進むことができる。これらのアイテムは、通常ステージでは面会相手へのプレゼント、誘拐ステージでは手がかりという設定になっている。制限時間が8時00分のように表示され、1分単位は実際の秒よりも早く進む。各ステージQ太郎は朝8時00分に出発し、夜の20時00分までに目的を達成しなくてはならない。20時になるとタイムアップでミスになる。17時以降は空が夕焼けとなり、19時になると夜空となるので残り時間が少ない目印となっていた。ミスあるいは天国や地獄より復帰して再スタートする場合は、その場所により制限時間が進んでいる。なお、制限時間そのものを延長することは一切できないが、特に3面と12面の誘拐ステージのラストにおいて、20時になる直前に地獄に行くことで、復帰した後の開始時間が18時に戻ることはあり得る。10面から12面までは画面に出てくる宝石を一定数以上取らないと食べ物が現れない。体力回復のチャンスが減るのでステージクリアは一層厳しくなる。ゴールすると、条件によってボーナス得点がもらえる。1-3面は食べ物、4-6面は残り時間（分単位）、7-9面は倒した犬の数、10-12面は宝石の数。奇数万点ごとに残機が増える。