На первых порах гидропередача Муромского завода была ненадежна, поэтому, чтобы не приостанавливать выпуск тепловозов, была заказана партия гидропередач Lt26St австрийской фирмы "Фойт", по своим параметрам полностью взаимозаменяемой с отечественной УГП-400.
В процессе изготовления тепловозов завод вносил в их конструкцию отдельные изменения. В 1962 г. серийно были внесены значительные изменения в схемы электрооборудования и систему управления дизелем - введена пневматическая бесступенчатая система управления. В течении 17 лет Муромский завод построил свыше 3200 тепловозов серии ТГМ-1. Большинство технических решений, примененных впервые на ТГМ-1, используется и в ныне строящихся тепловозах. Это подтверждает полную приспособленность данных локомотивов к условиям эксплуатации на промышленных путях и к нашему разнообразному климату.
Так как в ряде случаев для работы на промышленных путях тепловозы серий ТГК и ТГК2 имели недостаточную мощность, а тепловозы ТГМ-1 излишне тяжелы, то Муромский завод спроектировал и к 1960 г. построил опытный экземпляр двухосного тепловоза серии ТГМ-20. Этот тепловоз с кузовом капотного типа и листовой рамой оказался короче тепловоза ТГМ-1 на 1 600 мм (длина тепловоза между осями автосцепок 8 180 мм). Колесная база его также уменьшена на 300 мм, что позволяет ему проходить кривые радиусом до 40 м. Отбойный вал расположен между колесными парами.
На тепловозе установлен дизель 1Д12 развивающий мощность 300 л. с. Многие детали — колесные пары с буксами, секции холодильников, привод вентилятора, масляный и водяной бак, элементы рессорного подвешивания и тормозной системы — у тепловоза такие же, как у тепловоза ТГМ-1.