上世纪70年代初期，北京铁路局丰台机务段使用的“解放”型蒸汽机车即将退役。借此机会，北京铁路局开始推进丰台机务段的内燃化改造。
那时中国的铁路电力传动内燃机车正面临技术断层的困境：早期的东风型内燃机车由于技术陈旧，已无法满足日益增长的铁路运输需求。与此同时，1965年启动的第二代国产交—直流电传动内燃机车东风4型，因技术指标过高和工艺落后，陷入了严重的质量问题。大连机车车辆厂的技术人员正集中精力解决少数样车的技术难题，距离正式定型还有一段距离，量产更是遥遥无期。东风4型内燃机车直到1974年下半年才开始小规模生产，技术问题到1976年才基本解决，之后才进入大规模生产阶段。
丰台机务段当时主要负责重载货运列车的牵引，对机车马力要求很高。然而，东风4型内燃机车还未成熟，老东风又因马力不足无法满足需求。面对这一紧迫情况，北京铁路局向铁道部汇报，吕正操部长随即召开会议商讨解决方案。会议决定向国务院申请从国外进口一批先进的大马力内燃机车，作为东风4型成熟前的过渡。巧合的是，宝鸡机务段也同时向铁道部申请购买大马力电力机车。这两项申请同时提交，促成了当时中国铁路史上最大规模的外购机车行动。
1960年6月，铁道部与法国阿尔斯通公司达成合作，签订了24台6Y2型电力机车的合同（后来因交付延迟，阿尔斯通额外赠送了1台）。这次合作给郑州铁路局留下了深刻印象，他们对6Y2型机车的表现非常满意。因此，尽管1970年末的采购采取了公开招标的形式，郑州铁路局依然指定阿尔斯通作为新电力机车的供应商。当时，交通部（由铁道部、交通部和邮电部于1970年7月合并而成）派出代表团前往欧洲考察。在访问阿尔斯通公司时，代表团不仅提出了购买大马力电力机车的需求，还表达了采购大马力内燃机车的意向。
阿尔斯通公司再次迎来了来自中国的订单，这让他们倍感振奋。他们迅速组建了一支技术团队，专门负责设计中方所需的高功率电力机车和内燃机车。1971年5月，阿尔斯通的设计部门完成了两套机车的设计方案，并顺利通过了中方的审核。最终，这两款机车都成功拿下了订单。
中方批准了一项基于6Y2型电力机车进行重大改造的电力机车方案，并将其命名为6G型电力机车。与此同时，阿尔斯通公司以法国铁路CC72000型内燃机车为原型，开发了代号为AD48CDE的大马力内燃机车设计方案。该方案根据中方需求进行了大量调整，最终被命名为ND4型内燃机车。在ND4的命名中，“N”表示内燃机车，“D”代表电力传动系统，“4”则指这是中国从国外引进的第四种电传动内燃机车，前三种分别是来自匈牙利的ND1型，以及来自罗马尼亚的ND2和ND3型。
1971年6月23日，中国机械进出口总公司与法国阿尔斯通公司在北京达成了一项重要协议，双方签署了购买50台大马力内燃机车的贸易合同。此外，双方还就进口40台大马力电力机车达成了另一项合同。中国对外贸易部副部长李强、法国驻华大使艾蒂安·马纳克以及阿尔斯通公司牵引部总经理罗杰·沙尔翁·德梅尔赛等人出席了签约仪式。这份合同成为阿尔斯通公司在1971年获得的最大订单。法新社对此进行了积极报道，称正在经历变革的中国从法国引进了具有革命性的机车技术。
新机车的编号从ND4-01到ND4-50，这些机车是由阿尔斯通公司位于贝尔福的工厂生产的，这家工厂之前还造过6Y2型电力机车。为了完成这批订单，贝尔福工厂特意扩大了员工规模，招了不少新人。在接下来的一年多里，工厂全力以赴，忙得不可开交，连每年都会有的罢工活动都没空搞了。
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ND4型内燃机车在CC72000型的基础上，保留了中部车体的结构、动力装置和转向架，但在司机室部分进行了全新设计。该机车采用双司机室布局，两侧通过内走廊相连，具备双向操控功能，这是它与CC72000型在外观上的主要差异。车体的整体造型由法国知名工业设计师雅克·库珀操刀，他随后还参与了8K型电力机车的外观设计。ND4型采用的蓝色涂装方案得到了中方的青睐。
ND4型内燃机车的车体采用整体焊接的钢结构，整车重量达到138吨。机车布局从前到后依次为：第一个驾驶室、辅助设备间、冷却区、发动机舱、电阻制动柜区域和第二个驾驶室。发动机舱位于机车中部，内部安装了一台由阿尔萨斯机械制造公司生产的AGO-V16-ESHR型16缸四冲程涡轮增压直喷式V型高速柴油机，这是机车的核心部件。该柴油机的气缸设计为V型，夹角为50度，顶部装有两套增压器和中冷器。气缸的内径为240毫米，活塞行程为220毫米，发动机的标准转速为每分钟1350转，工作转速范围在每分钟550至1250转之间。柴油机的额定功率为2940千瓦，实际装车功率为2680千瓦。这种配置使得机车在满载条件下能够实现每小时100公里的设计速度，这一性能在当时的机车技术中处于领先地位。
动力室内部除了柴油机，还配备了多种辅助设备，包括空气过滤装置、车身通风系统、启动空气泵、压缩空气机以及启动润滑油泵等。这些设备共同协作，确保动力系统的正常运行和高效运作。
ND4型内燃机车的启动机制在当时堪称技术突破。其启动过程依赖起动风缸和起动风泵产生的压缩空气，这些高压气体通过空气分配器和启动阀，按照柴油机的点火顺序进入气缸，推动活塞运动。一旦曲轴达到稳定转速，供气便会停止，此时喷油泵开始供油并点火，从而带动柴油机运转。整个流程完全自动化，司机只需按下“启机”按钮，机车便能自行完成启动操作。这种自动化设计对当时的中国机车司机来说，无疑是一项前所未有的技术革新，甚至超出了他们的想象范围。
ND4型内燃机车的动力系统基于交-直流电转换机制。其柴油发动机借助弹性联轴器与三相交流同步牵引发电机相连，产生的交流电经由硅整流器转换为直流电。随后，控制系统将电能分配至两个转向架上的六台直流串励牵引电动机，最终通过传动齿轮带动车轮运转。
ND4型内燃机车的底盘采用了两套一模一样的三轴无导框式钢板焊接转向架，每套都是Co-Co轴式。它的轴箱是阿尔斯通公司经典的无导框滚柱轴承设计，用轴箱拉杆固定。一系悬挂系统由轴箱螺旋钢弹簧和弹性定位拉杆组成，二系悬挂则采用橡胶堆全旁承结构。牵引力和制动力通过中心销传递。这种悬挂系统不仅灵活，而且技术成熟，所以在研发国产韶山3型电力机车时，工程师们直接借鉴了ND4的转向架设计。
1973年4月，法国制造的首两辆ND4型内燃机车ND4-01和ND4-02完成生产，并在当地铁路系统进行了初步测试，结果显示性能稳定。紧接着，同年5月，另外两辆同型号机车ND4-03和ND4-04也完成制造并通过了试运行。这四辆机车随后被装载上船，经过长途海运，于1973年11月抵达中国。在丰沙铁路完成了一系列运行测试并获得验收后，这些机车正式由北京铁路局丰台机务段接管，标志着丰台机务段向内燃机车时代的转型开始。到1974年3月，所有50辆ND4型内燃机车均已顺利接收完毕。
为确保ND4型内燃机车的正常运行，阿尔斯通公司派遣了技术专家长期驻扎在丰台机务段。这些专家在驻守期间展现了与德国工程师相媲美的专业精神。据丰台机务段的老员工回忆，1977年的一天，工人们正在装配ND4发动机的活塞连杆组时，突然被一位法国技师叫停。这位法国人显得非常焦急，用法语快速解释，但由于语言障碍，大家无法理解他的意思。于是，这位法国技师果断撕下自己丝绸衬衫的一角，仔细清洁零件后，才允许继续安装。这一细节体现了他们对工作的高度认真态度。
在1974年到1983年这九年间，ND4型内燃机车以其醒目的蓝色外观成为丰台机务段的核心力量。这款机车主要负责“晋煤外运”的重载煤炭列车牵引任务，频繁穿梭于京原铁路的丰台西至灵丘、京山铁路的丰台西至南仓以及丰沙铁路的丰台西至张家口等区间。作为丰台机务段的主力货运机车，ND4不仅承担了繁重的运输任务，还以其独特的外观赢得了“颜值担当”的美誉。值得一提的是，ND4-32号和ND4-37号机车分别被授予“青年文明号”和“工人先锋号”的荣誉称号。
丰台机务段在70年代引进了国产东风4型内燃机车，其中最有名的就是"毛泽东"号。这款机车在1976年和法国进口的ND4型机车一起在京原线上投入使用，两年后又共同在丰张线上运行。由于这两种机车及其发动机的技术指标非常接近，所以经常被用来进行性能对比。
在整体性能上，ND4型内燃机车明显优于东风4型。ND4配备了高效的电阻制动系统，能在60到70公里/小时的速度下安全下坡，这一点让东风4望尘莫及。从可靠性来看，东风4的完好率曾经连ND4的一半都达不到。使用部门反馈，ND4的质量稳定，零件通用性强，电机和行走系统表现可靠，因此它的检修间隔比东风4长，检修时间也更短。
东风4型内燃机车有个明显特点，就是所有部件都是国内生产，不用依赖外国。相比之下，ND4型内燃机车就做不到这一点。特别是当ND4的一些原厂零件停止生产后，供应就断了，导致ND4的故障越来越多。
自1984年起，美国制造的ND5型内燃机车，俗称“大老美”，开始在丰台机务段大规模投入使用。这批机车取代了原有的ND4型内燃机车，承担起丰沙线和京原线上煤炭重载列车的牵引工作。与此同时，ND4型内燃机车则被调往京山铁路，负责普通货物列车的牵引任务。
截至80年代末，ND4型内燃机车因持续高强度运行，每台机车累计行驶里程已达240至250万公里。同时，由于部分进口零部件原厂停产，供应中断，导致机车完好率不断下滑，老化问题日益突出。主要故障和事故包括柴油机机体出现裂纹、活塞损坏引发爆缸、曲轴颈烧损、牵引电机接地故障、电线短路以及油管破裂引发火灾等。
丰台机务段在处理ND4型进口内燃机车时面临严重挑战，他们无法进行整车大修，只能做些简单的段修。为了确保这些机车的正常运作，1987年铁道部决定每台ND4型机车投入100万元进行简易厂修，扩大了车体、转向架和电机的检修范围。然而，这种简易维修效果有限，对于某些影响行车安全的问题仍然无能为力。例如，大连内燃机车研究所曾按照铁道部的要求，为ND4型机车试制柴油机的关键部件——曲轴，但试制的产品装车后仅三个月就出现了严重磨损，问题无法解决，最终不得不放弃这一尝试。
1988年，ND4型内燃机车在中国铁路运营期间遭遇了唯一一起致命事故。3月7日凌晨2点，丰台机务段的ND4-42号机车从廊坊站出发，执行4018次单机任务，沿京山线行驶。2点52分，机车抵达南信号站并停靠。司机下车后开始清理机车底部和前部部件。然而，当他爬上机车顶部时，未注意到已进入电气化区域，不慎进入接触网的高压放电区。瞬间，他被高压电击中，化作一团火球，当场身亡。
1990年，ND4型内燃机车逐步退出干线运输，转而服务于北京铁路系统的支线任务，如京门铁路和西北环线，主要负责短途运输和调车工作。同时，部分机车被调配至南口和张家口机务段，继续承担小型运输任务。
铁道部针对这种机车采取了“先用着，慢慢换”的策略，说白了就是物尽其用，直到实在不能用了再报废，报废前还得把能用的零件拆下来，留给同型号的其他车用。就这样一年年淘汰下来，到1995年，北京铁路局还剩下28台ND4型机车，到了1997年就只剩16台了，等到2004年，就剩下3台了，分别是ND4-05、ND4-15和ND4-46。
2004年4月，ND4-46和ND4-05两台机车被报废并拆解，只留下ND4-15号机车孤零零地存放在丰台机务段的一个偏远储备场。这台机车长期暴露在自然环境中，经受着风吹、日晒和雨淋的侵蚀。
在中国铁路爱好者的持续努力下，最后一台ND4-15型机车于2012年4月从废弃场地被转移到丰台机务段进行外观修复。尽管这台机车被认为已闲置十年，可能无法顺利移动，但拖拽过程中，它的转向架却出人意料地顺畅运转。这一现象让现场人员不禁赞叹阿尔斯通公司在制造这台机车时的高水准工艺。
这次修复主要针对机车的外观和驾驶室部分。由于ND4机车很多零件已经遗失，修复团队一方面向公众征集原装配件，另一方面通过研究阿尔斯通公司遗留的技术图纸，对那些无法找到原厂零件的部件进行了仿制。在机车重新喷漆过程中，由于法国原厂使用的油漆早已停止生产，工作人员仔细比对历史照片，最终选用了颜色最为接近的替代漆料。虽然无法做到百分之百还原，但已经达到了现阶段的最佳效果。
2013年1月25日，经过翻新的ND4-15号内燃机车在东风7C型内燃机车DF7c-5526“工人先锋号”的牵引下，从丰台机务段出发，驶向中国铁道博物馆。到达后，机车由中国铁道科学研究院的金鹰0007号重型轨道车接手，最终被引入展厅。该机车随后被中国铁道博物馆永久收藏，并经过鉴定，被认定为国家级二级文物。
当年丰台区那片引人注目的法国蓝色调，最终寻得了最合适的落脚点。
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