В начале ноября 1932 года, к XV годовщине Октябрьской революции, Луганский паровозостроительный завод выпустил второй опытный паровоз серии — ФД20-2. К нему был прицеплен тендер типа 17 — первый шестиосный тендер в истории советского паровозостроения. На его боковых стенках была нанесена надпись:

Помимо тендера, второй паровоз серии отличался от первого ещё и тем, что на нём не был установлен водоподогреватель, а сухопарный колпак впервые в советском паровозостроении был выполнен цельноштампованным (на ФД20-1 он был сварным). В марте следующего (1933-го) года ФД20-2 был отправлен на тягово-эксплуатационные испытания в депо Красный Лиман, которые были завершены в ноябре того же года.