主機械には、従来の蒸気タービンに比べ操縦性が高く、重油を燃料とすることで車両甲板の石炭積込口廃止ができ、機関室の水密性が確保できる ディーゼルエンジンが採用された。ディーゼルエンジンの製造には最短でも6ヵ月を要したため、1954年（昭和29年）12月開催の“青函連絡船設計委員会”で新造車両渡船はW型船よりやや大型との方針が出されたのを受け、竣工目標の1955年（昭和30年）9月上旬から逆算した6月末進水にエンジン完成を間に合わせるため、船体発注に先立つこと1ヵ月の1955年（昭和30年）1月11日、国鉄は新三菱重工神戸造船所へ2隻分4台のディーゼルエンジンを発注した。在来の蒸気タービン船同様、青森 - 函館間下り4時間30分、上り4時間40分運航可能な航海速力14.5ノットを確保するため、定格出力2,800制動馬力で、主軸を直結駆動できる毎分250回転の2サイクル低速ディーゼルエンジンが2台搭載された。このエンジンはシリンダー口径48cm行程70cmで高さが4m弱と高く、車両甲板によって主機室の天井高さが制約される車両渡船への搭載のため、ピストン抜き作業は、車両甲板に設けたボルト締めの水密ハッチの蓋を開けて行う必要があり、車両積載時にはできなかった。あわせて、三相交流60Hz　225V　160kVAの主発電機3台が、主機室とは水密隔壁ひとつ隔てた船首側の発電機室に搭載され、その駆動にも200制動馬力のディーゼルエンジンが用いられた。この3台の発電機は、沖合航行中は1台運転、出入港時は2台並列運転とし、残り1台は循環整備にあてられた。ディーゼル化により排気筒スペースが縮小できたことと、船体幅が拡大したため、第一青函丸以来続いてきた、煙路を両舷側に振り分けて通す形をやめ、船体強度上も有利な船体中央部中心線上に幅1.2mの機関室囲壁を設け、そこに主機械や主発電機の排気筒のほか、通風筒や階段を通し、煙突は太短いもの1本となった。なお、車両甲板面の開口部として残る階段昇降口には高さ61cmの敷居を設け、鋼製防水扉を設置して水密性を確保した。燃料には、就航当初は主機械と主発電機にはA重油を、後述のボイラーにはC重油を使用し、タンク車を車両甲板に入れて給油していたが、1957年（昭和32年）に重油タンクが有川桟橋に設置されてからはゴムホースによる直接給油となり、1958年（昭和33年）からは全てB重油使用となった。
復原性向上のため、船体幅を従来の車両渡船の15.85mから1.55m拡大し、17.4mとした。これにより車両甲板上の配置に余裕が出た一方、従来船では係留位置において、船体中心線と可動橋中心線は一致していたものが、檜山丸型では、船体中心線が可動橋中心線に対し14.8‰の角度で岸壁から反対側に振られる形となった。この船型では、従来船が船尾両舷と船体左舷の直線部分を長々と岸壁に接岸したのに比べ、船尾だけを岸壁ポケットに突っ込んだ係留状態となり、船体左舷では船尾側の30％程度しか接岸しないため、うねり等に対し岸壁への固定性が悪く、可動橋や船尾付近の岸壁・船体の防舷材等に負担をかける結果となった。しかし、このような形での船体拡幅は、既に1953年（昭和28年）建造の宇高航路の車両渡船　第三宇高丸で行われており、以後建造の青函、宇高　両航路の全車両渡船に踏襲された。
今から270年程前の1744～1750年頃、秋田では、真宗大谷派法雲山 西勝寺（現 秋田市旭北寺町2-17）第14世住職の皆乗院公道（かいじょういん･こうどう）が、仏教修行のため京都に赴き、2代杖信と3代有斐に習われた。その習いは、弟子の自笑庵（じしょうあん、1814年没）から、西勝寺住職の願乗院公教（がんじょういん・こうきょう、皆乗院公道の孫）、大館 淨應寺第10世住職の譽田無等（ほんだ・むとう）らに継がれた。一方、京都では、当流が30年間断絶しており、閑院宮家3代美仁親王（はるひとしんのう）が4代家元を養成して当流を再興され、薨去（こうきょ）前年の1818年に当流の伝存のため遠地 秋田への再度の伝播を内命された。4代宗震は、皆乗院公道の出した神文書（茶道修業にあたり提出する誓約書）を頼りに、そして、角田無幻が美仁親王の弟の光格天皇と譽田無等の書道の師であることを縁にして、1818年（文政元年）9月に秋田と横手を訪れた。大館 淨應寺に、角田無幻筆の法帖がある。横手に、角田無幻を光格天皇の書道の師に推薦した中納言庭田重嗣筆の和歌懐紙と、4代宗震が花山院家に仕えた時の花山院愛徳（よしのり）詠・花山院家厚（いえあつ）画の掛物が現存する。重嗣筆の和歌懐紙と愛徳詠・家厚画の掛物は、4代宗震が横手に来秋された時に持参したものである。1955年（昭和30年）3月の京都南禅寺での流祖250年祭（初代玉川の250年大遠諱、2代杖信の200年遠諱の追善茶会）に使用された茶碗として、「唐津　閑院宮家拝領　秋田玉林寺箱書付」がある。秋田玉林寺とは、大館城下の現在地に1612年（慶長17年）に移転した曹洞宗鳳凰山 玉林寺である。創建は1527年（大永7年）で、寺領と寺院規模によっても秋田県を代表する名刹として知られ、中世の豪族 浅利氏の菩提寺で、500年近い歴史を有している。そして、近衛信尹筆の墨蹟、古膳所茶入、螺鈿天目台、遠州七宝文がある香合などの名品が玉林寺に現存することから、2代杖信～3代有斐の頃に玉林寺の高僧が当流を嗜んでいたと推測される。玉林寺は古来より玉川遠州流と親密で、横手の資産家 藤沢宗拙が秋田県立横手高等女学校（現在の秋田県立横手城南高等学校）に寄贈された茶室開きの第6日夜（昭和12年6月22日、文人関係）に、玉林寺の閑居宗無師（第24世住職桑名健龍、1945年（昭和20年）遷化、81歳、短歌の号は春鳳）が正客として招待されている。