二十世纪60年代至70年代，为了增加列车牵引重量和提高行车速度，联邦德国、美国、法国、苏联相继投入重大资源研发4000马力（含以上）的液力传动内燃机车。而中华人民共和国铁道部也敏锐的察觉到这一技术趋势，在1964年6月向所属机车车辆工业下达了《1964—1965年科学技术发展计划》。同年，大连热力机车研究所开展了大功率液力传动内燃机车用高速柴油机的研究。
在对当时国内外同类型大功率柴油机的发展趋势进行了调查后，向铁道部上报了关于高速柴油机选型和技术参数的建议书，提出研制四冲程水冷式涡轮增压高速柴油机，近期目标功率为2200马力，远期目标功率为2500马力。铁道部随后将这套方案交给青岛四方机车车辆厂和常州戚墅堰机车车辆厂开展设计和试制，最终试制出了16V200型柴油机。
此时，面对苏联在北部边疆重兵压境以及美国第七舰队横行东部沿海的威胁，中共中央决策在西南地区进行大三线建设，根据中央的决策，铁道部决定将沿海地区的部分重要铁路工业搬迁到西南地区。1964年9月，铁道部决策将戚墅堰机车车辆厂的内燃机车制造部分，青岛四方机车车辆厂的液力传动和齿轮装置制造部分、戚墅堰、大连、天津、南口四家工厂的柴油机配件制造部分迁往西南，原本定在四川的广元县建立内燃机车生产基地，1965年8月将厂址改在资阳县，建立资阳内燃机车厂。根据国家计委在1965年12月批复的《资阳内燃机车总厂设计任务书》，拟定工厂规模为年产4000马力液力传动内燃机车100台，高速柴油机250台，液力传动装置200套。
与此同时，为了获得自主研制大功率内燃机车的技术样板，中国技术进出口总公司代表团在对比了欧洲的几款4000马力液力内燃机车方案后敲定和联邦德国亨舍尔公司签订总价值为250万美元的外贸合同，购买4台以V320型内燃机车为基础的4000马力液力传动内燃机车——就是后来的NY5型内燃机车。
V320型内燃机车
刚刚出厂的NY5型内燃机车
1966年年底，青岛四方机车车辆厂试制出第一台16V200ZL型柴油机，铁道部指定由资阳内燃机车厂负责生产。然而，柴油机的曲轴、凸轮轴、气缸盖、连杆、活塞等主要零部件都存在问题，无法投入量产并开始了漫长的反复试验和改进工作，导致量产计划出现严重延误。
牵引旅客列车的NY5型内燃机车
NY5型液力传动内燃机车抢眼的表现给铁道部工厂总局的技术人员们留下十分深刻的印象。为了消化吸收西德的液力传动技术，铁道部工厂总局安1968年6月底从北京内燃机务段调出一台NY5型内燃机车到青岛四方机车车辆厂，安排有关单位对NY5型内燃机车所使用的福伊特L830rU型液力传动装置和KB510型液力制动器进行测绘。同年，青岛四方机车车辆厂、戚墅堰机车车辆厂、大连热力机车研究所、大连铁道学院、上海交通大学等单位组成了大马力内燃机车联合设计组，正式开始在青岛四方机车车辆厂研究和试制国产5000马力大功率液力传动内燃机车，设计代号SFJ4（四方厂研发的第四种内燃机车，前三种分别是“东风”型内燃摩托动车、“卫星”型液力传动客运型内燃机车和东方红1型液力传动客运型内燃机车）
顺便说一句：差不多同一时候，二七机车车辆厂开始试制国产6000马力大功率液力传动内燃机车，也就是后来的北京6000型内燃机车（当然这台车的试制过程一地鸡毛，详情请看本厂长生不逢时、昙花一现的六千马力机车，北京型6001号内燃机车的故事一文）。
北京6000型内燃机车
1969年9月，四方机车车辆厂试制成第一台5000马力赶在中华人民共和国成立20周年国庆大典之前出厂，被命名为东方红4型液力传动干线客货运内燃机车，车号为“东方红4-4501”，其外观和涂装和四方机车车辆厂此时尚在生产的东方红1型内燃机车颇有相似之处，实际上“东方红4-4501”号车使用了相当一部分东方红1型机车的部件（比如车灯、排障器等）。
驶出厂房的东方红4-4501号车
青岛四方厂试制的东方红4-4501号内燃机车出厂留档照
东方红1型内燃机车
东方红4-4501号车上部车体为全焊接结构，由对称布置的两端司机室、两个传动冷却室和两个动力室组成。两个司机室内的设施大致相同，唯一的区别在于手动制动把手位于I端司机室内，II端司机室则安装着外电源。两个冷却室内各安装着一套四方机车车辆厂与大连热力机车研究所联合设计的SF2122型液力变速箱（直接安装在车架上）和一套冷却辅助系统（呈V形布置在液力变速箱上方，通过两套液力耦合器和冷却风扇以及车体两侧的大型百叶散热窗向外散热），通过万向轴和动力室里的柴油机相连；液力变速箱一侧布置有液力传动工作油热交换器以及液力制动热交换器，另一侧布置的机油粗滤器和精滤器；机车采用液力制动。
位于车体中部的两个动力室内各装有一台16V200ZL型16缸V型2500马力高速柴油机（实际装车功率为单台2200马力），外加配套的空气滤清器、燃油系统滤清器、燃油泵、启动机油泵、机油热交换器以及各种连接管路，两个动力室之间的空间安装一台预热锅炉、两台空调器压缩机以及各种分配阀门。
机车采用两台结构完全相同的无导框、无心盘、无均衡梁的牵引拉杆式三轴转向架，车轴齿轮箱通过两根空间万向轴和液力变速箱连接。可以根据牵引需要调节中间齿轮箱的齿轮传动比，作为客运机车或货运机车使用。在客运模式下最高时速可达每小时160公里，在货运模式下最高时速则为每小时100公里。
出厂时的东方红4-4501号车
“东方红4-4501”号车出厂后随即就在胶济线上进行了初步的线路试运行，具体表现不得而知，但根据新华社济南记者站1969年10月3日的报导：机车“经过多次运行试验，证明质量良好，性能达到设计要求”。那应该说至少试运行的时候，“东方红4-4501”号车的表现应该还是不错的。
不过，由于青岛四方机车车辆厂并不是东方红4型内燃机车的指定生产厂家，而此时指定的生产厂——资阳内燃机车厂尚在建设中，尚不具备生产能力，再加上青岛四方机车车辆厂当时正在承担援助坦赞铁路的DFH1型液力传动调车型内燃机车和DFH2型液力传动干线内燃机车的研发和试制工作，作为这两型援外用内燃机车的指定生产厂家，青岛四方机车车辆厂也实在没有多余的精力再继续捣鼓东方红4型机车。
坦赞铁路上的DFH1型内燃机车
坦赞铁路上的DFH2型内燃机车
因此，铁道部考虑到戚墅堰机车车辆厂是资阳内燃机车厂的对口包建单位，所以在1969年11月决定由常州戚墅堰机车车辆厂继续试制东方红4型内燃机车。而青岛四方厂试制的“东方红4-4501”号车交由济南机务段使用，最终在80年代停用后下落不明，推测被拆毁，东方红4的第一个家庭成员就这样无声无息地告别了这个世界，没有带走一片云彩，没有留下丝毫痕迹。