Alors que les 040 DG (futures BB 66000) donnent entière satisfaction, la SNCF choisit d'expérimenter de nouveaux moteurs Diesel Sulzer au lieu de SACM - MGO. La puissance est légèrement augmentée, la vitesse limite restant fixée à 120 km/h. Seuls deux exemplaires seront construits, du fait d'un châssis et de capots moteurs spécifiques à cause du groupe Diesel, plus volumineux.
Ces prototypes ont été livrés au dépôt de Portes Les Valence afin d'être utilisés sur la ligne de la rive droite du Rhône et dans les Alpes du Sud. Peu fiables, ils ont été mutées au dépôt de Nîmes en 1969 sans que leur utilisation soit changée. Enfin, un an plus tard, ces deux machines sont parties à Limoges et sont rapidement confinées aux trains de travaux. Elles ont été radiées en 1978 et 1979 et ferraillées peu après.
Les deux machines ont conservé durant toute leur carrière la même livrée bleue à filets blancs, identique à celle des BB 66000. Seuls les plaques (en aluminium) ont changé : de "040 DG 500" à la livraison, elles sont devenues "BB 66500" lors de la renumérotation du parc Diesel de la SNCF en 1962, puis "BB 66900" vers 1970 lorsqu'il est apparu que la série BB 66400 aurait plus de cent exemplaires.