Далее эскизный проект был передан в Центральное локомотиво-проектное бюро Наркомата тяжёлой промышленности (ЦЛПБ НКТП), которое располагалось на территории Коломенского завода. 1 мая 1931 года, коллектив конструкторов под руководством Сушкина К. Н. приступил к рабочему проектированию нового паровоза. С момента начала рабочего проектирования паровоза типа 1-5-1, ЦЛПБ ввело новую систему обозначения типов локомотивов, проектируемых на Коломенском заводе. По этой системе проектируемый паровоз был обозначен как тип «1П» («1-й тип паровоза»). Такая система была сохранена и в дальнейшем, причём букву вскоре стали ставить перед цифрой (П12, П32, П34, П36, П38).

Несмотря на высокую сложность технических задач, рабочий проект был завершён к 10 августа за рекордно короткий срок — 100 рабочих дней. Столь малый срок проектирования был обеспечен в немалой степени разделением труда среди проектировщиков, энтузиазмом молодых конструкторских кадров (тому же Лебедянскому тогда было 33 года). В августе рабочие чертежи паровоза типа 1-5-1 были переданы на Луганский паровозостроительный завод.

Отдельно стоит отметить, что в это же время некоторыми группами специалистов было начато проектирование более сильных паровозов. При этом их проектирование велось по двум путям: одни предлагали при сохранении 5 движущих осей увеличить сцепной вес за счёт увеличения нагрузки от оси на рельсы до 23 тс, другие же предлагали при сохранении нагрузки в пределах 20 тс увеличить число движущих осей до 7—8. Однако при проектировании данных паровозов не учитывался тот факт, что большинство вагонного парка советских железных дорог в то время было оборудовано винтовой сцепкой, которая не позволяла увеличить силу тяги свыше 20 000 кгс (у проектируемых паровозов она составляла 30 000—32 000 кгс). В результате созданные без учёта технико-экономических требований, предъявляемых в то время к грузовым локомотивам, опытные грузовые паровозы (Та, Тб, АА, Я) так и не получили дальнейшего распространения.