| 不具合が多かった電気式のDF50形に続く本線用ディーゼル機関車の標準形として登場した液体式ディーゼル機関車で、1962〜1965（昭和37〜40）年に日立製作所、川崎車輌、三菱重工業、新三菱重工業で53両製造された。車体構造は先に登場したDD13形などと同様のセンターキャブ方式となっているが、本線用のためC59形やD51形などと同程度の出力が得られるように両側のボンネット内部に1,000〜1,100PS級の機関と液体式変速機をそれぞれ2台搭載している。第1次車（DD51 1）は機関 DML61S（1,000PS/1,500rpm）、変速機 DW2を採用しているが、第2次車（DD51 2〜4）は運転室屋根にひさしを設け、全体的に角張った車体形状が変更されるなどデザインが見直され、変速機は改良形のDW2Aに変更している。第3〜6次車（DD51 5〜53）はインタークーラーを設けて出力を1,100PSに向上した機関 DML61Z（1,100PS/1,500rpm）を搭載し（後にDD51 1〜4も同一仕様に改造）、燃料タンクはこれまでの3,000Lから4,500Lに変更し（後にDD51 1〜4は燃料タンクを4,400Lに改造）、中間台車は空気バネ付きで軸重切替式のTR101Aに変更されるなどの改良が施されている（DD51 1〜4の中間台車はTR101）。四国を除く全国の主要幹線で使用されたが、客車列車の廃止や貨物輸送の減少による余剰で国鉄末期の1987（昭和62）年までに全車廃車となり区分消滅した。
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