通辽机务段位于内蒙古通辽市所在地。随着生产力布局的调整，先后与原彰武、赤峰、白城、大安北、郑家屯、四平、阜新、叶柏寿等8个机务段整合，牵引区段跨越辽宁、吉林、河北、黑龙江、内蒙古四省一区，设有15个生产车间、14个职能科室、8304名干部职工。配属DF4C、DF4B、DF4D、DF5、DF7和HXN3各型机车418台，担当牵引区段核计里程达到5141公里。

2008年，沈阳铁路局实施西部货运增量战略，在通霍线全面开行四单元组合列车。通辽机务段先后成功开行了四机牵引四组合、三机牵引四组合、两机牵引三组合以及在叶赤线等高坡大岭区段开行5000吨重载列车等，创造了铁路单线牵引吨数的奇迹，为内蒙古经济建设和保证东北电网用煤做出了突出的贡献。

2009年，该段配属了世界一流、性能最好、牵引力最大的和谐3型内燃机车。他们正在努力打造和谐机车管理、运用、检修、保养、文化“五个一流”。目前，该段已经配属74台和谐3型内燃机车，开始大面积机车换型。