A MÁV 301 sorozatú gőzmozdonya építésének idején Európa egyik legnagyobb teljesítményű és legszebbnek mondott gyorsvonati mozdonya, egyben a MÁV első sorozatban gyártott túlhevítős mozdonytípusa volt, amely a nagyobb tengelyterhelésű fővonalak gyorsvonatainak továbbítására készült, és jó fél évszázadon keresztül teljesítettek szolgálatot nemcsak a hazai, hanem a román vasútvonalakon is.
Fejlesztése 1910-től kezdődően a Magyar Királyi Államvasutak Budapest–Pozsony–Marchegg–Bécs és Budapest–Bruck-Királyhida–Bécs vonalain közlekedő gyorsvonatok tömege viszonylag hirtelen jelentős mértékben megnőtt. Az immár rendszeresen 44 tengellyel közlekedő (azaz tizenegy négytengelyes személykocsiból álló) vonatok továbbítására az In. osztályú (1911-től: 203 sorozatú) 2'B1' tengelyelrendezésű mozdonyok teljesítménye nem volt elegendő, ezért átmenetileg a IIIs. osztályú (322 sorozatú) mozdonyokat kellett ilyen célra igénybe venni, azonban azok sebessége és teljesítménye sem volt hosszabb távon elegendő. Így a MÁV új gyorsvonati gőzmozdonytípus beszerzése mellett döntött. A vontatási feladat nehéz gyorsvonatok továbbítása volt 16 t (+3%) tengelyterhelésű fővonalakon. 1908-ban ezért befejezték In. osztályú mozdonyok beszerzését, és megkezdődött az új típus tervezése Dvorák Hubert vezetésével a Magyar Királyi Állami Vasgyárak mozdonyszerkesztő szakosztályán.
thumb|left|250px|A 301 sorozatú mozdony ikergépezettel
Mivel a mozdonyoknak sík pályán 400 tonnás gyorsvonatot kellett 100 km/h-val továbbítania, a mozdony már nem épülhetett két kapcsolt kerékpárral: mindenképpen három kapcsolt kerékpár alkalmazására volt szükség. A tervezett nagy sebességre tekintettel a mozdonyok az In. osztályú mozdonyokhoz hasonlóan elöl kéttengelyes vezető futóforgóvázzal, a nagy és széles rostély elhelyezhetősége érdekében pedig szintén az előd mintáját felhasználva hátsó ívbeálló futótengellyel készült, melyet Adams–Webb-rendszerűként képeztek ki. Az új típus tehát 2'C1' tengelyelrendezésű lett, melynek amerikai neve „Pacific”. (Ez alapján becézték a 301-eseket Pacifiknak vagy röviden Pacinak.). A nyugodtabb futás érdekében megtartották a négyhengeres gépezetet is, azonban az In. osztályú mozdonyoknál tapasztalt könyököstengely-repedések miatt nem a Borries-rendszerű (ahol mind a négy henger ugyanazt a kerékpárt hajtja), hanem az ún. fordított de Glehn-rendszerű hajtáselrendezést (ahol a két belső henger az első, a két külső a második kapcsolt kerékpárt hajtja) választották. Ekkorra már sikeresen lezárultak a kísérletek az első hazai túlhevített gőzű mozdonyokkal, így a mozdonyok túlhevítővel ellátott kazánnal épültek. Nem született ugyanakkor még egyértelmű válasz arra, hogy túlhevített gőz esetén az iker- vagy a kompaund rendszer az előnyösebb.
Ezért az elkészült négy db prototípus mozdonyból kettő – 97 gyári típusként – 1911-ben iker gépezettel (301,001–002), kettő pedig – 101 szerkezetszámon – 1912-ben kompaund gépezettel (327,501–502) készült. Ez a típus tehát – a MÁV mozdonyai közül elsőként – már az első példánytól kezdve az ebben az évben bevezetett új mozdonyszámozási rendszer szerinti jelöléssel hagyta el a gyárat. Az ikergépezetű prototípusok egységára , a kompaund változaté korona volt.
A mozdonyok a Monarchiában ekkor kötelező módon hadijelet is kaptak, amely a típus esetén volt.
Szerkezete Kazán A mozdonyok kazánja a kívánt teljesítményprogramnak megfelelő hosszú, nagy átmérőjű hosszkazánnal és széles, nagyméretű, mélyre lenyúló állókazánnal és a Schmidt-rendszerű nagyfüstcsöves túlhevítővel készült. A kereken 2 m széles, 14 és 18 (kompaund változatnál: 17 és 20) mm-es lemezekből álló porosz-, más néven Becker-rendszerű állókazánt a hátsó futótengely támasztja alá. Az állókazán hátfala a tömegcsökkentés miatt a függőlegestől eltérő szögben előre hajlott. Ugyancsak előre hajlott az állókazán elöli része (rákfala), ami elsősorban az állókazán súlypontjának előbbre helyeződését célozta, a hátsó futótengely túlterhelődésének elkerülésére. A tüzelőajtó a 203 sorozatéval azonos kivitelű volt. A tűzszekrénybe lángboltozatot is építettek. A rostély három részből áll, első része buktatható, az esése 1/7,7. A hamuláda elejére és fenekére csappantyúkat szereltek, melyeket a mozdonysátorból rudazattal lehetett működtetni.
Az 5538 mm hosszúságú és 1,74 m átmérőjű hosszkazánt három, 14, 16 és 18 mm-es folytvas lemezekből álló részből szegecselték össze; a tengelye (középvonala) a sínkorona fölött 3020 mm magasan található. Az első kazánövön helyezték el a gőzdómot, a második övre a homoktartály került. A 301,501–502 pályaszámú mozdonyoknál a második–harmadik kazánövre egy tízcellás Pecz–Rejtő-féle vízszintes elrendezésű víztisztítót szereltek. A 301,001–002 pályaszámú mozdonyok gőzdómjának hátuljára, míg a 301,501–502 pályaszámú gépek gőzdómjának elejére 2 db Coale-rendszerű közvetlen rugóterhelésű biztonsági szelepet szereltek. A gőzdómban helyezték el a kettős síktolattyús gőzszabályzót függőleges tolattyútükörrel. A szerkezet szabályozó rudazatát a kazánon belül vezették el. Innen a gőz a szokásos módon túlhevítő gőzgyűjtőszekrényének nedvesgőz-kamrájába, majd a túlhevítőelemeken át a túlhevítettgőz-kamrájába jutott, ahonnan a gőzhengerekhez áramlott. A gőzdómból cső vezetett az állókazán hátfalán baloldalt kialakított kis szerelvényfejhez, és ebből a vezetékből egy, a légsűrítőhöz vezető cső ágazott ki. Külön csövek vezettek a gőzdómból a lövettyűkhöz is.
A kazánba 206 darab 46,5/52 mm átmérőjű folytvas tűzcsövet és négy sorban összesen 32 db 119/127 mm átmérőjű folytvas füstcsövet építettek, melyek a 301,001 pályaszámú mozdonynál Pogány–Lahmann-rendszerű hullámos végű kivitelben készültek. A tűzcsöveket vörösrézkúpokkal rögzítették a csőfalakba. A füstcsövekbe 27/34 mm átmérőjű csövekből álló túlhevítőelemek kerültek. A túlhevítőelemek fűtőfelülete a közvetett gőzfejlesztő fűtőfelület kb. 22%-a volt – ez az érték a későbbi túlhevítős mozdonyokéhoz képest aránylag kicsinek, kifejlesztése idején viszont átlagosnak számított.
A 2834 (a kompaund változatnál 2832) mm hosszú füstszekrényben helyezték el az amerikai rendszerű szikrafogót és a túlhevítő gőzgyűjtőszekrényét. A túlhevítés szabályozása túlhevítő-védőszekrénnyel és az azon elhelyezett csappantyúkkal történt, melyeket egy kis gőzhenger (az ún. szervomotor vagy automata) mozgatott. A gőzfúvó csappantyús kivitelben készült. A füstszekrényajtó egyszárnyú, kör alakú kivitelű volt, a korszak magyar gyorsvonati mozdonyaira oly' jellemző kúpos toldattal; zárása a pereménél körben elhelyezett kallantyúkkal történt. A kazánt 2 db Friedmann-rendszerű SZ. osztályú nem szívó, 11 mm-es nyílású ún. „restarting” frissgőz-lövettyű táplálta vízzel. A bal oldali lövettyű tápcsövéből ágazott ki a szénlocsoló, míg jobb oldali lövettyűtől a hamuszekrény-locsoló indult ki.
Gépezet A négy gőzhenger, a korábban készült In. osztályú (203 sorozatú) és IIIs. osztályú (322 sorozatú) mozdonyokkal szemben tehát nem ugyanazon tengelyt, hanem a kereten belül elhelyezett (a kompaund változatnál a nagynyomású) hengerek az első, a kereten kívül elhelyezett (kompaund változatnál a kisnyomású) hengerek a fordított de Glehn-rendszert követve a második kapcsolt kerékpárt hajtották. A külső hengerek vízszintesen, míg a belsők 1:8,56-os szögben helyezkedtek el. A gőzhengerek folytvas beömlőcsövei mindkét oldalon 147/159 mm átmérőjűek és 2,85 m hosszúak voltak. A kiömlőcsövek a kéménnyel azonos vonalba kerültek és 150 mm belső átmérővel, öntöttvasból készültek. (A kompaund változatnál a 3,35 m hosszú folytvas beömlőcsövek 111/121 mm átmérővel készültek. Az átömlőcsövek 180 mm, míg a kiömlőcső 220 mm belső átmérővel, öntöttvasból készült.) A jobb oldali hengerek forgattyút a bal oldaliakhoz képest 90°-kal előbbre ékelték a kerékpártengelyre, míg az azonos oldali forgattyúk egymással 180°-os szöget zártak be. A dugattyúrúd átmenő rendszerű volt; elöl a rúdvezeték zárt hüvelyben futott, hátul a dugattyúrudak tömszelencéi Schmidt-rendszerű fémtömítéssel készültek. A belső hengerek keresztfejei egy-, a külső hengereké kétvezetékesek voltak. A hajtó- és csatlórudak I alakú keresztmetszettel készültek.
A gőzhengerek üresjárati munkájának (ellenállásának) csökkentésére a henger elöli és hátuli dugattyúterét összekötő nyitható nyomáskiegyenlítő váltót (melynek mozgató emeltyűje az állókazán jobb oldalára került), a hengerfedelekre a 301,002 pályaszámú mozdonyt kivéve ún. Ricour-szelepet szereltek. A hengerekre a vízütés elkerülésére ún. kompressziószelep is került. A kompaund mozdonyok gépezetét indítókészülékkel is ellátták: a mozdonysátorból rudazattal működtethető berendezés a nagynyomású hengerből kiömlő gőzt az átömlő helyett a gőzfúvóba vezette és egyidejűleg a kisnyomású hengernek friss gőzt is adott, így a mozdony hosszabb ideig ikergépezetűként működhetett. A hengerek legnagyobb töltése mindkét irányban 80% (a kompaund változatnál előre 84, hátra 80%) volt.
A minden gőzhengerhez saját belső beömlésű, széles, rugalmas, önfeszítő gyűrűs hengeres tolattyú tartozott, melyeket ellenforgattyús Heusinger–Walschaert-rendszerű vezérművek szabályoztak. A tolattyúk átmérője 254 mm (míg a kompaund változat kisnyomású tolattyúié 430 mm), a belső tolattyúk belső túlfedése 30 mm, a külső tolattyúké 31,5 mm, míg mindkét tolattyú külső túlfedése 0 értékű volt. (A kompaund változatnál a nagynyomás tolattyúk 32 mm-es belső és 7 mm-es negatív külső, a kisnyomásúak 30 mm belső és 0 értékű külső túlfedéssel készültek.) A belső tolattyúkat is a külső hengerek vezérművei mozgatják: a Magyar Királyi Állami Vasgyárak által kifejlesztett megoldás szerint a belső tolattyúrudak egy-egy segédgerendelyen át, 180°-kal eltérő szögben felékelve kapcsolódtak az az azonos oldali elősietési lengő középső csapszegéhez.
Az ellenforgattyú előremenetben a forgattyút közel 90°-kal megelőzi, más szóval a forgattyúhoz képest előresietőként ékelték föl. Ennek és a belső beömlésnek megfelelően előremenetben a lengőívkő a lengőív (kulissza) felső részén helyezkedett el. Ez a korszak hazai mozdonyain általános elrendezés a döntően előremenetben járó mozdonyoknál nem előnyös megoldás, mivel a lengőív ágyazásának gyorsabb kopását idézi elő. A kormányvonórúd előremenetnél előre mozdult. A kormányvonórudat kormánycsavarral szabályozták. A kompaund változatnál a négy vezérmű az ikergépezetűvel azonos módon egy közös kormányműhöz kapcsolódott.
Keret, futómű, mozdonysátor A mozdony 1826 mm futókör-átmérőjű hajtott és kapcsolt-, valamint elöl 1040 mm, míg hátul 1220 mm átmérőjű futókerékpárokkal készültek. A tapasztalatok szerint 220 sorozatéval azonos méretű kapcsolt kerekek bizonyultak a legelőnyösebbnek a leggyakrabban 80–90 km/h sebességű gyorsvonatoknál, így ezt a méretet választották a 327 és később a 328 sorozatnál is. A futókerekek átmérői azonosak voltak 203 sorozatéval. A hajtott tengelyek 3%-os nikkelacélból, míg a kapcsolt- és futótengelyek folytacélból készültek. A kerékpárok tengelyeit a tengelyvonalban teljesen átfúrták.
A belső elrendezésű, szegecseléssel készült keret két, egymástól 1,24 m távolságban lévő 28 mm vastag Martin-folytvaslemez hossztartóból állt, melyet hátul, a futótengely oldalirányú játékát biztosítandó, 1,1 m-re húztak össze. A hossztartókat elöl a mellgerenda, hátul a kapocsszekrény kötött össze, közöttük pedig a belső hengeröntvény, valamint a vízszintes és függőleges folytvaslemez-kereszttartók (ún. keretkötők) merevítettek ki. A merev tengelytávolság csökkentésére a kapcsolt kerékpárokat a keretbe egymáshoz olyan közel ágyazták, amennyire csak a fékrudazat azt lehetővé tette. A tengelyágytokok keretkivágásait acélöntésű ágyvezetékek merevítették, valamint a keretlemezeknek a kivágásoknál lévő nyúlványait alul összekötő ún. kötővasak fogták össze. Az ágytokok kopásai húzóékekkel utánállíthatóak voltak. A hajtó- és kapcsolt kerékpárok hordrugóit, melyek megegyeztek a 203 sorozatnál alkalmazottakkal, himbák kötötték össze és a tengelyek fölött helyezték el.