Lokomotif D301 adalah lokomotif diesel tipe hidrolik yang dibeli dari pabrik Krupp (Jerman) dan mulai didinaskan pada tahun 1962. Lokomotif D301 didatangkan oleh DKA (Djawatan Kereta Api) sebanyak 80 unit pada tahun 1962. Lokomotif D301 digunakan untuk dinas langsir menyusun gerbong barang / kereta penumpang atau untuk menarik kereta penumpang / gerbong barang di rute cabang. Lokomotif D301 didatangkan untuk menggantikan peran lokomotif-lokomotif uap tipe kecil seperti lokomotif uap C11, C12, C13, C14, C15. Selain untuk kegiatan langsir, lokomotif D301 juga pernah digunakan untuk menarik kereta campuran yang terdiri dari 2 kereta penumpang dan 3 gerbong barang, yaitu pada rute Semarang – Demak – Rembang – Blora, Demak – Purwodadi – Gambringan, Yogyakarta - Magelang, Yogyakarta - Bantul dan Solo Purwosari - Wonogiri.
D301 merupakan salah satu perintis modernisasi lokomotif di pulau Madura (Jawa Timur) sampai dengan ditutupnya operasional kereta api di pulau Madura pada tahun 1987. Lokomotif D301 selalu identik dengan jalan rel yang berdampingan dengan jalan raya sehingga lokomotif D301 hanya dijinkan berjalan dengan kecepatan maksimum 25 km/jam. Lokomotif ini mampu beroperasi di jalan rel kategori kecil (tipe R25 atau R33). Lokomotif D301 berperan untuk menambah atau mengurangi gerbong barang / kereta penumpang dalam rangkaian kereta. Kegiatan langsir biasanya dipandu oleh seorang juru langsir.
Kegiatan Langsir oleh Lokomotif D301 dapat dilakukan di wilayah stasiun maupun di luar wilayah stasiun dengan ketentuan tidak mengganggu perjalanan kereta api, seperti kegiatan langsir untuk bongkar/muat bahan bakar minyak di dipo pertamina atau kegiatan langsir untuk bongkar/muat angkutan semen/pupuk di dalam wilayah pabrik.
Untuk spesifikasi teknis mesin, motor diesel berdaya 340 HP (horse power), berat 28 ton, dan dapat mencapai kecepatan maksimum 50 km/jam serta menggunakan transmisi hidrolik Krupp 2W1L4-15. Lokomotif ini memiliki gandar tipe D artinya memiliki 4 roda penggerak yang dihubungkan menjadi satu poros. Lokomotif D301 ini hanya memiliki satu kabin masinis. Pada tahun 1992, dilakukan repowering pada lokomotif D301. Tujuan repowering adalah untuk mengembalikan kinerja lokomotif seperti kondisi awal/baru dan memperpanjang masa pakai lokomotif. Walaupun lokomotif D300 dan lokomotif D301 memiliki bentuk dan susunan roda yang sama namun secara teknis ada sedikit perbedaan. D301 memiliki berat 28 ton sedangkan D300 memiliki berat 34 ton.
Karena keterbatasan suku cadang dan usia yang semakin tua, saat ini lokomotif D301 hanya difungsikan untuk dinas langsir saja. Dari 60 unit lokomotif D301, saat ini hanya tersisa 24 unit lokomotif D301 yang masih siap operasi yaitu D301 06 (Cilacap), D301 13 (Cilacap), D301 17 (Semarang Poncol), D301 19 (Sidotopo), D301 21 (Manggarai), D301 22 (Solo), D301 25 (Sidotopo), D301 27 (Cepu), D301 28 (Cirebon), D301 33 (Sidotopo), D301 36 (Cirebon), D301 44 (Yogyakarta), D301 48 (Cilacap), D301 49 (Cilacap), D301 50 (Madiun), D301 55 (Solo), D301 58 (Manggarai), D301 59 (Semarang Poncol), D301 61 (Sidotopo), D301 62 (Sidotopo), D301 64 (Sidotopo), D301 72 (Cilacap), D301 76 (Yogyakarta), D301 80 (Pekalongan).
Lokomotif D301 06 merupakan satu-satunya lokomotif D301 yang memiliki 12 silinder original dari pabriknya sedangkan lokomotif D301 yang lain sudah menggunakan 8 silinder dari hasil repowering di Balai Yasa Yogyakarta.
DATA TEKNIK LOKOMOTIF D 301 > DIMENSI 1 Lebar sepur (track gauge) 1067 mm 2 Panjang body 7370 mm 3 Jarak antara alat perangkai 8980 mm 4 Lebar badan (body) 2700 mm 5 Tinggi maksimum 3650 mm 6 Jarak gandar 4500 mm 7 Jarak antar pivot - 8 Diameter roda penggerak 904 mm 9 Diameter roda idle - 10 Tinggi alat perangkai 760 mm
> BERAT 1 Berat kosong 26.6 ton 2 Berat siap 28 ton 3 Berat Adhesi 28 ton
> MOTOR DIESEL 1 Tipe - 2 Jenis - 3 Daya Mesin 340 HP 4 Daya ke Generator/Converter 305 HP
> MOTOR TRAKSI/CONVERTER 1 Jumlah motor traksi 1 2 Tipe motor traksi Fried Krupp 2W1L4 - 15
> PERFORMANSI 1 Kecepatan maksimum 50 km/jam 2 Gaya tarik maksimum (adhesi) 5880 kgf 3 V min kontinyu 5 km/jam 4 Jari-jari lengkung terkecil 80 m
> Kapasitas 1 Bahan bakar 1050 lt 2 Minyak pelumas 90 lt 3 Air pendingin 225 lt 4 Pasir 300 lt 5 Minyak transmisi 150 lt
> Lain-lain 1 Sistem rem - 2 Tipe kompresor Erhard S Schmer Westinghouse ISO-105