东方红2型内燃机车由于原型车DFH1型调机型内燃机车动力不足的先天缺陷，在投入运用后虽然仅仅用于地方厂矿企业的轻型调车机车使用，但由于后来使用范围扩大到各地的铁路局担当干线车站的调车任务，因此这个缺陷越发凸显，基层单位对其孱弱的动力微词颇大。因此，资阳内燃机车厂根据基层反映的情况与1975年对东方红2型机车进行大规模改进和重新设计，包括提高整备重量、增设工况齿轮箱、改善设备布置等，于1976年4月27日完成试制第一台东方红5型内燃机车。经过试验证明新机车解决了东方红2型调车机车的动力不足的问题，因此获准投入大批量生产，从1976年投入批量生产到1995年停产为止，资阳内燃机车厂共生产了710台东方红5型内燃机车，其中有408台机车在中国各地的冶金、石化、水电、港口等160多家地方工矿铁路使用。其余的机车投入到北京、天津、石家庄、山海关、沈阳、丹东、三棵树、勉西等机务段使用。现大部分退出运营，但仍有小部分还在一些厂矿企业继续使用。