В 1964 году Истьинский МЗ выпустил опытную партию из двух тепловозов, которым была присвоена серия ТУ6 (тепловоз узкоколейный, 6-й тип), они предназначались для работы на узкоколейках со слабыми путями, для маневров. В качестве силовой установки на тепловозе был применен четырехцилиндровый дизель СМД-14, форсированный по оборотам до мощности 90 л.с. На тепловозе была установлена гидропередача с комплексным гидротрансформатором ГТК-II, она могла работать в двух режимах – поездном и маневровом. Тепловоз опирался на две двухосные тележки аналогичные тепловозам ТУ2М, но в отличие от оригинала - без дышел, а с осевыми редукторами (тележки именно от ТУ2М, а не от ТУ2МК). Кузов ТУ6 был аналогичен кузову тепловоза ТУ4, рама тепловоза была спроектирована и изготовлена заново. В 1967 году Истьинский машиностроительный завод выпустил еще два тепловоза ТУ6, после этого производство таких тепловозов переместилось на Камбарский машзавод.

          Камбарский машиностроительный завод тоже решил выпускать ТУ6, но по своим чертежам. На новый тепловоз был установлен двигатель АМ-41 Алтайского завода, применена более простая в обслуживании и более надежная механическая передача, тележки были аналогичны тележкам тепловозов ТУ4, ТУ5, но с односторонним тормозным нажатием, была заново спроектирована рама. Муфта сцепления и коробка передач были заимствованы от автомобиля МАЗ-200, реверс-редуктор был спроектирован заново. Кузов тепловоза - капотного типа, аналогичный кузову ТУ4, за исключением больших дверок капота и буферных фонарей, которые были размещены внизу на облицовке радиатора.В 1968 году Камбарский МЗ, сохранив обозначение серии, выпустил первый локомотив ТУ6-001. После проведения испытаний тепловоз пошел в серийное производство, при этом кузова серийных тепловозов стали полностью аналогичны кузову ТУ4, за исключением буферных фонарей, которые остались все там же. За период с 1968 по 1971 год включительно было построено всего 62 тепловоза ТУ6 (001-0062).В 1972 году Камбарский машиностроительный завод произвел модернизацию тепловоза ТУ6: двигатель АМ-41 был заменен на более мощный четырехцилиндровый двухтактный дизель ЯАЗ-М204А. Для нового двигателя была спроектирована новая рама. В пневматической системе были использованы 2 двухцилиндровых компрессора типа МАЗ-200 с водяным охлаждением, которые приводились во вращение ремнями от шкивов коленвала дизеля.

          Под тепловоз были подкачены унифицированные тележки Камбарского завода. Такие тележки отличались от телег тепловоза ТУ4 и ТУ5 измененной конструкцией рамы и фрикционными гасителями колебаний. Рессорный комплект состоял из пружин - по 2 на буксу и резиновых блинов - тоже по 2 на буксу. Тормозное нажатие колодок - двухстороннее, на каждой тележке приделано по 4 тормозные камеры от автомобиля МАЗ-200. Изменения кузова заключались в том, что буферные фонари с облицовки радиатора были перенесены на буферный брус рамы. Все это позволило максимально унифицировать силовую передачу тепловоза с автомобилем МАЗ-200, а кузов с тепловозами ТУ4, ТУ5. Новый тепловоз получил обозначение ТУ6А–0001 и с 1973 года начал выпускаться серийно, взамен ТУ6. В связи с прекращением в 1974 году выпуска тепловозов ТУ4, в целях снижения количества разнотипных кузовных деталей Камбарский машиностроительный завод спроектировал новый вариант тепловоза ТУ6А, унифицированный по кузову с тепловозами ТУ7. Силовая передача нового тепловоза осталась прежней, а кузов и рама были спроектированы заново. Данный тип тепловоза не получил нового обозначения, а среди работников завода и узкоколейных железных дорог получил название «унифицированный». С какого номера ТУ6А стали строится в унифицированном кузове требует уточнения, сейчас известно, что это произошло в диапазоне номеров 0454-0470. Всего было построено 3915 локомотивов серии ТУ6А. Выпуск тепловозов ТУ6А прекратился в 1988 году в связи с переходом на выпуск тепловозов ТУ8.