本線用のDD51形に対して、支線区の小運転と入換用を兼ね備えた汎用機関車として登場した液体式機関車。当初DD20形でこの目的を果たそうとしたが、支線では軸重が重く入換では空転が発生するという問題があり、特殊な5軸車となった。DD51と同じDML61系のエンジンであるが改良により出力が向上されている。台車は各軸が独立した特殊な台車をはく。1966〜1977年の間に708両が製造されたほか、同系列でほとんど同じ外観で入換専用のDE11や、除雪用のDE15も製造された。
| 主要諸元 | |
| 車軸配置 | A-A-A-B |
| 運転整備重量 | 65.0t(901は70.0t) |
| 最大長 | 18,000mm |
| 最大幅 | 2,971mm |
| 最大高 | 3,956mm |
| 連続定格出力 | 1250PS/1500rpm(DML61ZA) |
| 1350PS/1550rpm(DML61ZB) | |
| 液体変速機形式 | DW6 |
| 台車形式（3軸/2軸） | DT132／DT131C（1〜4,901） |
| DT132A／DT131E | |
| DT141／DT131E（1153〜,1550〜） | |
| 1〜4 | 5〜11 | 12〜19 | 20〜158 |
| 501〜574 | |||
| 901 | |||
| 1001〜1152 | 1153〜1210 | ||
| 1501〜1549 | 1550〜1765 |
1966年に製造された先行試作車。1,2は一般形で日本車両、3,4はB寒地形で汽車会社が製作した。量産車よりも燃料タンクが大きく、逆にSG水タンク小さい。機関はDML61ZAで1250PSで台車は量産車と若干異なる。現在DE10 1がJR四国の多度津工場で保存されている。
1967年から製造された1次量産車。台車枠が鋳造のものとなり、SG水タンクが床下配置となり容量が増えた。機関は試作車と同じDML61ZAである。
1968年に製造されたものであるが、入換専用とされたためSGを搭載せず、コンクリートの死重を積んでいるが、501〜のようにまったく装備しないのではなく配管などは施工してある準備工事となっている。
1968〜1970年に製造された1250PS車。一部はA寒地車であるため旋回窓が設けられている。128〜はEB・TE装置が設けられている。
1968〜1970年に製造されたものでSGの無いものは500番代として区別された。死重としてコンクリートと運転台床下に鋼板を積んでいる。558〜はEB・TE装置が設けられている。
1967年に先行試作車についで製造された入換専用の先行試作車。台車枠などは1〜4と同じで、SGが無く死重をつむことで70.0tに運転整備重量を増やして重入換に対応している。車体の特徴として２エンド（短い方）側の煙突が無い。量産車はDE11となった。
1969年から製造された出力向上車。機関を改良したDML61ZBとして1350PSとしたため100PSパワーアップされている。このうちSG付は1000番代として区別されている。
1972年から製造されたSG付のDML61ZB搭載車であるが、３軸台車がDE50形用に開発されたものを改良したDT141に変更されている。
1970年から製造された出力向上車。機関を改良したDML61ZBとして1350PSとしたため100PSパワーアップされている。このうちSG無しとして死重を積んだものは1500番代として区別されている。死重は501番代と異なりすべてコンクリートとなっている。
1972年から製造されたSG無しのDML61ZB搭載車であるが、３軸台車がDE50形用に開発されたものを改良したDT141に変更されている。