Расположение оборудования на тепловозе ТЭП70-0001: 
1 — пульт управления; 2 — блок охлаждающего устройства; 3 — дизель; 4 — тяговый генератор; 5 блок фильтров централизованной системы охлаждения; 6— резервуар противопожарной системы; 7 камера для электрических аппаратов

На Коломенском тепловозостроительном заводе им. В. В. Куйбышева,  под руководством главного конструктора завода по локомотивостроению Ю. В. Хлебникова был создан проект двухтележечного шестиосного тепловоза с дизелем мощностью 4000 л.с. и электрической передачей переменно-постоянного тока. В июне 1973 г. Коломенский завод построил по этому проекту первый тепловоз, получивший обозначение ТЭП70-0001. 

Кузов тепловоза несущей конструкции ферменно-раскосного типа изготовлен с применением профилей из низколегированной стали и алюминиевых сплавов для каркаса и обшивки. Это позволило снизить массу кузова на метр длины с 1,03 т (тепловоз ТЭП60) до 0,89 т. Главные продольные балки кузова коробчатого сечения расположены по наружному контуру. В среднюю секцию рамы вварен топливный бак с нишами для аккумуляторной батареи.
Кузов опирается на тележки двумя центральными маятниковыми опорами с резиновыми амортизаторами и четырьмя боковыми цилиндрическими винтовыми пружинами. Тележки подобны по конструкции тележкам тепловоза ТЭП60, но имеют изменения, связанные с тем, что колесные пары выполнены диаметром 1220 мм.
Увеличение диаметра колес сделано по требованию специалистов, считавших, что это снизит контактные напряжения в рельсах. Статический прогиб боковых пружин 98 мм, первичного рессорного подвешивания (цилиндрических пружин и листовых рессор) — 94 мм. Передаточное число редуктора 73:25=3,12. Тепловоз оборудован электропневматическим тормозом (воздухораспределитель № 292 и электровоздухораспределитель № 305, кран машиниста № 395; кран вспомогательного тормоза № 254) и имеет по четыре тормозных цилиндра диаметром 10" на каждой тележке.
На тепловозе установлен дизель-генератор 2А-9ДГ, состоящий из четырехконтактного шестнадцатицилиндрового дизеля 2А-5Д49 (16ЧН26/26) с V-образным расположением цилиндров и тягового генератора ГС-504А.
Дизель имеет газотурбинный наддув и охлаждение наддувочного воздуха и выхлопного коллектора. Диаметр цилиндров 260 мм, ход поршня 260 мм. Номинальная мощность дизеля при частоте вращения вала 1000 об/мин 4000 л.с. Удельный расход топлива при номинальной мощности 153—160 г/(э.л.с. ч). Масса сухого дизеля с поддизельной рамой 18 500 КГ; масса дизель-генератора 26 000 кг.
Тяговый генератор ГС-504А номинальной мощностью 2750 кВт изготовлен Харьковским заводом «Электротяжмаш» и представляет собой двенадцатиполюсную синхронную машину с двумя трехфазными обмотками на статоре, сдвинутыми друг относительно друга на 30 электрических градусов. Линейное напряжение генератора в продолжительном режиме 360 В, максимальное 580 В; продолжительный линейный ток 2X2400 А, при максимальном напряжении — 2Х1500 А. Номинальная частота тока при номинальной частоте вращения 1000 об/мин 100 Гц. Коэффициент полезного действия в продолжительном режиме 94,8%; масса генератора 6500 кг.
На станине генератора имеется площадка, на которой установлены возбудитель ВС-650 и вспомогательный стартер-генератор СТГ-7, примененные ранее на тепловозах ТЭ109, 2ТЭ116 и ТЭ114. Обе эти машины приводятся через редуктор от вала дизеля.
Для выпрямления тока тягового генератора служит выпрямительная установка УВКТ-5, состоящая из двух параллельно соединенных трехфазных мостов. В каждом плече моста десять параллельно включенных ветвей; в каждой ветви два последовательно включенных лавинных вентиля ВЛ200-8; общее количество вентилей в установке 240. Номинальное выпрямленное напряжение 750 В, ток 5700 А. Масса установки 650 кг; изготовлена она Таллиннским электротехническим заводом им. М. И. Калинина.
На каждой тележке установлены три тяговых электродвигателя ЭД-119 номинальной мощностью по 411 кВт (напряжение в продолжительном режиме 512 В, максимальное 750 В, ток продолжительного режима 880 А, ток при максимальном напряжении 600 А), частота вращения якоря в продолжительном режиме . 657 об/мин, максимальная 2320 об/мин. Обмотки полюсов имеют изоляцию класса F, обмотка якоря — класса Н; эта обмотка выполнена петлевой. Масса электродвигателя 3250 кг. Машины изготовлены заводом «Электротяжмаш». Тяговые электродвигатели всегда соединены параллельно.
Вращающий момент от электродвигателей передается на ось колесной пары через редуктор и полый вал, эластично соединенный с колесной парой, как и у тепловозов ТЭП60.
Для полного использования мощности дизеля применены автоматические регулирование напряжения тягового генератора и две ступени ослабления возбуждения тяговых электродвигателей (62 и 38%). Управление тепловозом осуществляется контроллером машиниста КВ-1554, имеющим реверсивную рукоятку с положениями вперед, нуль, назад и главную с нулевой и пятнадцатью (1 —15) рабочими позициями. При переводе главной рукоятки на 1-ю позицию включаются тяговые электродвигатели; частота вращения вала дизеля при этом 350 об/мин; переводом главной рукоятки до 15-й позиции частота используемых на маневровых тепловозах ТЭМ7 (см. гл. VII). По сравнению с ЭД-119 у электродвигателя ЭД-121А несколько изменены параметры номинальной мощности (413 кВт), напряжения (542/750 В) и тока (830/600 А). Стартер-генератор СТГ-7 был заменен стартер-генератором ПСГУ2 (50 кВт, ПО В).
Тепловозы оборудованы электрическим (реостатным) тормозом. Мощность тормозных резисторов 3200 кВт; резисторы при стоянке тепловоза могут использоваться для нагрузки дизель-генератора при опробовании его работы. вращения вала повышается до 1000 об/мин.
Электрическое оборудование тепловоза предусматривает управление по системе многих единиц.
На тепловозе применена система централизованного воздухоснабжения для охлаждения электрических машин (тягового генератора, тяговых электродвигателей), выпрямительной установки, блока возбуждения. Воздух через жалюзи и фильтры засасывается осевым вентилятором с механическим приводом от вала дизеля. В минуту подается около 1200 м3 воздуха при напоре 450 мм вод. ст. Установка одного общего вентилятора вместо нескольких индивидуальных позволила уменьшить количество оборудования, улучшить степень фильтрации воздуха и снизить расход энергии на вспомогательные нужды.
Цепи управления и вспомогательных машин работают на постоянном токе с номинальным напряжением 110 В. На тепловозе установлена аккумуляторная батарея 48ТН-450. Компрессор ПК-5.25 производительностью 2,9 м3/мин приводится электродвигателем П2К-02 (25 кВт, 110 В).
Тепловоз развивает при длительном режиме скорость 50 км/ч и силу тяги 167 кН (17 000 кгс). При максимальной скорости 160 км/ч сила тяги составляет около 58,8 кН (6000 кгс); при этой же скорости тепловоз имеет максимальный коэффициент полезного действия 32,5%. На собственные нужды тепловоза расходуется 9— 11 % номинальной мощности дизеля. Минимальный радиус проходимых тепловозом кривых 125 м. Масса тепловоза при 2/3 запаса топлива и песка 129 т. Нагрузка от колесной пары на рельсы 21,5 тс. Запас топлива 6000 кг, песка 800 кг, воды 1480 кг, масла 1430 кг.
Опытные тепловозы ТЭП70 поступили в депо Орша Белорусской железной дороги и эксплуатировались с пассажирскими поездами на участках Орша — Гомель, Орша — Новосокольники, Орша — Овруч и Орша — Брест. При этом они расходовали на 10—12% меньше топлива по сравнению с тепловозами ТЭП60.
Тепловоз № 0005 прошел тягово-теплотехнические испытания на экспериментальном кольце ВНИИЖТа и динамические, в том числе по воздействию на путь, на участке Белореченская — Майкоп Северо-Кавказской железной дороги. Опыт эксплуатации и результаты испытаний первых тепловозов ТЭП70 дали конструкторам Коломенского завода материал для внесения необходимых изменений в отдельные узлы локомотива. В 1978 г. завод начал изготовление тепловозов ТЭП70 (с № 0008), которые отличались от своих предшественников.
На этих тепловозах значительно изменены расположение и формы элементов боковых ферм (стенок) кузова, применены тележки и ряд узлов тепловозов ТЭП75.

Расположение оборудования на тепловозе ТЭП70 второго варианта

В рессорном подвешивании первой ступени цилиндрические пружины и листовые рессоры с балансирами заменены индивидуальным подвешиванием с цилиндрическими пружинами; во второй ступени вместо резиновых блоков центральных опор и пружинных боковых опор с поверхностями трения поставлены цилиндрические пружины, воспринимающие поперечную и угловую деформации. Статический прогиб рессорного подвешивания увеличился со 104 до 170 мм. Для сохранения демпфирующих свойств подвешивания, обеспечиваемых на первых тепловозах листовыми рессорами, на новых тепловозах применены гидравлические амортизаторы. В тяговом приводе вместо полого вала на подшипниках скольжения и поводковых муфт с плавающим звеном применены полый карданный вал с поводковыми центрированными муфтами. Изменения коснулись также длины тепловоза (она увеличилась на 1230 мм, и расстояние между осями автосцепок стало 21 700 мм) и общей колесной базы (расстояние между осями крайних колесных пар увеличилось на 950 мм).
Тяговое и тормозное усилия от тележек на кузов передаются через шкворни. На каждой тележке установлены шесть тормозных цилиндров диаметром 10". Нажатие тормозных колодок на колеса двустороннее.
Одновременно с изменением конструкции тягового привода тяговые электродвигатели ЭД-119 были заменены на ЭД-121А, выполненные на базе электродвигателей ЭД-120А. У тепловозов с № 0008 запас песка 600 кг, воды 1134 и масла 1000 кг. На тепловозах установлен компрессор КТ-6. Тепловозы ТЭП70 второго исполнения строились после 1978 г. в небольшом количестве все последующие годы.