Также в начале 1933 года завод выпустил третий опытный паровоз ФД20-3 конструкция которого также претерпела некоторые изменения, в том числе был увеличен объём песочницы и одновременно её перенесли вперёд ближе к сухопарнику (для облегчения задней части паровоза) и объединили с ним общим кожухом. Также существовал проект оборудования паровоза ФД20-3 водоподогревателем поверхностного типа (аналогичен водоподогревателю на ФД20-1), но этот проект так и не был реализован (подробнее см.: Эксперименты). Как и предыдущие два паровоза, ФД20-3 был отправлен в депо Красный Лиман для эксплуатации на участке Красный Лиман — Основа Южных железных дорог.

В августе того же года Луганский паровозостроительный завод приступил к серийному выпуску паровозов ФД в своих новых цехах, которые были специально построены для строительства мощных паровозов с брусковой рамой, и к концу года выпустил 20 паровозов (№ 4—23) установочной партии. В отличие от первых трёх паровозов, у паровозов установочной партии претерпели изменения (с целью снижения веса) конструкции хвостовика главной рамы, заднего стяжного ящика и задней поддерживающей тележки. Данные изменения были внесены по рекомендации ЦЛПБ, что находилось при Коломенском заводе, с целью уменьшить вредное воздействие на путь от перегруженной поддерживающей оси, а также для улучшения динамических характеристик системы «паровоз — тендер» на скоростях 75—85 км/ч. Помимо этого был уменьшен с 1200 до 1050 мм диаметр поверхности катания поддерживающей колёсной пары, что было необходимо не только для снижения веса колёсной пары и тележки, но и для унификации с поддерживающими колёсными парами паровоза серии ИС, а также для получения дополнительного пространства для установки зольника. Данному изменению предшествовали практические испытания первых трёх паровозов, которые показали полное отсутствие перегрева подшипников поддерживающей оси.