Si bien el diseño del nuevo talgo pendular permitía su tracción por cualquier locomotora convencional, RENFE y Patentes Talgo decidieron encargar un lote de locomotoras diesel específicas para su remolque, en especial por líneas no electrificadas. Visto el excelente resultado de las series 352 y 353, se optó por un diseño parecido aunque con diferencias muy notables. Surgió así una locomotora de imagen exterior muy parecida a la de la serie 353 con dos motores diesel MTU más potentes -ofrecían entre ambos casi 4200 CV- transmisión hidrodinámica, en lugar de la antigua hidrocinética y sin grupos electrógenos, ya que las ramas del talgo pendular poseían los suyos propios. Tampoco llevaban unos topes especiales, dado que la conducción de los ejes de los coches se efectuaba desde el furgón de cabeza de la composición.