Die Klasse 1480 der Santa Fe bestand aus 23 Atlantics, die sie 1910 in ihrem eigenen Werk in Albuquerque baute. Sie hatten anfangs einen Kessel mit drei Domen, eine Jacobs-Shupert-Feuerbüchse und ein Vierzlinder-Verbundtriebwerk. Der Dampf wurde im hinteren Dom entnommen, ging vorbei am Sanddom in den vorderen Dom und von dort aus über ein außen liegendes Rohr in den Nacherhitzer in der Rauchkammer. Auffällig war auch der lange Radstand zwischen der zweiten Kuppelachse und der Nachlaufachse. 

Ihr Spitzname bei den Besatzungen lautete „Bull Moosers” (Elchbullen), das Einsatzgebiet waren leichtere Schnellzüge. Dem allgemeinen Trend der Zeit folgend, wurden 14 der 23 ab 1920 in Heißdampflokomotiven mit zwei gleich großen Zylindern umgebaut. Dabei wurde auch der Radstand zwischen zweiter Kuppelachse und Nachlaufachse um mehr als drei Fuß verkürzt. Die erste wurde bereits 1926 ausgemustert, die letzte erst 1953.

Um die äußersten Grenzen des Mallet-Prinzips auszuloten, entwickelte die Atchison, Topeka & Santa Fe 1911 die Klasse 3000 mit der Achsfolge (1'E)E1' und einem Gewicht von annähernd 280 Tonnen. Ziel war es, 2.000 Tonnen schwere Züge mit nur einer Lok über Steigungen von zwölf Promille in Arizona ziehen zu können. Um die Entwicklung und Fertigung zu beschleunigen, wurden für die zehn Exemplare jeweils die Fahrwerke von zwei handelsüblichen 1'E1'-Loks von Baldwin genommen und zu einer Lok kombiniert. Man verwendete die vorhandenen Zylinder als hintere Hochdruckzylinder und ließ sich von Baldwin größere Niederdruckzylinder für das vordere Fahrwerk fertigen. Eine besondere Entwicklung war der flache sechsachsige Tender mit einer abgerundeten Heckpartie, der „Turtleback” genannt wurde und eine bessere Sicht nach hinten ermöglichen sollte. Er enthielt Öl zur Feuerung.

Ein normaler Kessel in der Länge wie ihn die Klasse 3000 aufweist ließ sich nicht realisieren und deswegen verwendete man nur die hintere Hälfte als klassischen Langkessel mit Verbrennungskammer und Rauchrohren. Die vordere Hälfte als Speisewasservorwärmer, Überhitzer und Nach-Erhitzer für den Abdampf der Hochdruckzylinder verwendet. Insgesamt musste man feststellen, dass dieser Kessel nicht ausreichend Dampf für das starke Triebwerk erzeugte und deswegen dauerhaft nur Geschwindigkeiten von 15 bis 25 km/h möglich waren.

In Anbetracht der geringen Geschwindigkeiten kamen die Loks nicht direkt zum Ziehen von schweren Güterzügen zum Einsatz, sondern mussten andere Züge auf Steigungen nachschieben. Dort fand man sie hauptsächlich in Kalifornien auf dem Cajon-Pass und in der berühmten Tehachapi Loop. Trotzdem begann schon 1915 der Rückbau der ersten Loks wieder zu einfachen 1'E1'-Loks. Als 1918 die letzten rückgebaut waren, hatten sie den Spitznamen „magnificient failures” („grandioser Fehlschlag”) gewonnen. Einzig die neue Bauart der Tender wurde als gelungen betrachtet und bei späteren Santa-Fe-Loks verwendet.

Bei der Klasse 3400 handelte es sich um die letzten Pacifics, die die Santa Fe beschafft hatte. Nachdem man zu Anfang des Jahrhunderts viele Experimente gewagt hatte, waren diese nun relativ simple Maschinen mit einem einfachen Zweizylindertriebwerk. Während man sich bei der Anzahl der Rohre im Kessel an der USRA Heavy Pacific orientierte, hatte die Feuerbüchse nur in etwa die Größe der Light Pacific. 

Zwischen 1936 und 1947 wurden 44 der 50 Loks einem großangelegten Umbau unterzogen. Neben einem Kessel mit Ölfeuerung und Verbrennungskammer erhielten sie einen neuen, einteilig gegossenen Rahmen. Außerdem gab es nun Boxpok-Räder mit einem Durchmesser von 79 statt 74 Zoll, welche in Rollenlagern liefen.

Da die umgebauten Loks deutlich leistungsfähiger waren, verlängerte sich auch ihr Leben. Als sie zunehmend weniger im Schnellzugdienst benötigt wurden, erfolgten immer mehr Einsätze mit Güterzügen. Die Ausmusterungen fanden schließlich zwischen 1950 und 1955 statt. Fünf wurden erhalten, von denen nur die 3415 seit 2009 einsatzfähig war und aktuell wieder auf ihre turnusmäßige, 15-jährige Überholung wartet.

Als direkte Weiterentwicklung der Lok Nummer 5000 wurden 1938 zehn Stück gebaut, die die Nummern 5001 bis 5010 bekamen. Sie unterschieden sich vor allem durch deutlich größere Kuppelräder von ihrer Vorgängerin. Diese maßen 1,88 m im Durchmesser und ließen die Loks problemlos mit bis zu 110 km/h laufen, obwohl sie eigentlich nur als Güterzugloks vorgesehen waren. Die Kessel verfügten über eine etwas kleinere Gesamtheizfläche, jedoch war die Fläche der Feuerbüchse größer und der Kesseldruck war von 300 auf 310 psi erhöht worden. Dadurch ergab sich eine Zylinderleistung von mehr als 6.000 PS, was den Zugkraftverlust durch die größeren Räder fast wieder ausglich.

Die Zylinder waren in einem Teil zusammen mit dem Rahmen gegossen worden, was zu einem einzelnen Bauteil mit einem Gewicht von annähernd 40 Tonnen führte. Die ersten fünf Maschinen bekamen Tender mit einem geringeren Leergewicht, die nun 21.000 Gallonen Wasser und 23,6 Tonnen Kohle fassten und trotzdem beladen nur noch auf 166 Tonnen kamen. Die letzten fünf Maschinen erhielten eine Ölfeuerung, deren Tender fassten 20.000 Gallonen Wasser und 7.000 Gallonen Öl. Sechs Jahre später folgte eine weitere Weiterentwicklung in Form der Klasse 5011.

Obwohl die Santa Fe im Zweiten Weltkrieg schon mitten in der Umstellung des Güterverkehrs von Dampf auf Diesel war, beschaffte sie 1944 25 weitere Dampfloks der Achsfolge 1'E2'. Sie wurden alle mit Ölfeuerung ausgeliefert, bekamen die Nummern 5011 bis 5035 und wurden auch „War Babies” genannt. Trotz einer kleineren Feuerbüchse konnte man die Leistung des Kessels annähernd gleich halten. Durch eine andere Gewichtsverteilung war es möglich, die Reibungsmasse bei einer um vier Tonnen gesunkenen Lokmasse um vier Tonnen zu erhöhen. Es kamen erneut deutlich schwerere Tender mit acht Achsen zum Einsatz, die 24.500 Gallonen Wasser und 7.000 Gallonen Öl fassten. Damit wurde das Gesamtgewicht von Lok und Tender knapp über die magische Grenze von einer Million Pound gehoben.

1944 wurden Messungen der Leistungsfähigkeit mit der ersten Lok der Serie angestellt, die zu sensationellen Werten führten. Bei einem Versuch wurde eine fünf Meilen lange Steigung von konstant 0,8 Prozent mit einem Zug von 94 Wagen befahren, der etwa 4.935 Tonnen wog. Von einer Anfangsgeschwindigkeit von 90 km/h waren am Ende der Steigung noch 29 km/h übrig, wo die meisten anderen Loks längst zum Stillstand gekommen wären. Mit diesen Leistungen kann man die Loks durchaus als Höhepunkt der Einrahmen-Dampfloks bezeichnen, da sie nur von Loks mit geteilten Fahrwerken und insgesamt mehr Kuppelachsen übertroffen wurden. Auch sie absolvierten 1957 die letzten kommerziellen Fahrten und standen noch zwei Jahre in Reserve, bevor fast alle verschrottet wurden. Heute sind noch vier Exemplare erhalten, von denen keines mehr betriebsfähig ist.

Die Santa Fe bestellte 1901 40 Schnellzugloks der Achsfolge 1'C1', die einen Kuppelraddurchmesser von 79 Zoll (2.007 mm) und ein Vierzylinder-Vauclain-Verbundtriebwerk hatten. Diese bildeten die Klassen 1000 und 1014 und waren vorgesehen für Strecken wie dem Abschnitt zwischen La Junta und Albuquerque, der steile Steigungen bis drei Prozent hatte. Sie hatten einen großen Kessel, aber nur eine vergleichsweise kleine Feuerbüchse. Drei wurden auch mit einer Jacobs-Shupert-Feuerbüchse gebaut.

1902 und 1903 entstanden weitere 103 Loks der Klasse 1050. Diese hatten einen Kuppelraddurchmesser von nur noch 69 Zoll (1.753 mm), was auch noch für eine ausreichende Geschwindigkeit sorgte. Auch sie wurden wie ihre Vorgänger bei Baldwin gebaut. Zwischen 1912 und 1924 wurden die Lokomotiven in Zweizylinder mit einfacher Dampfdehnung umgebaut. Ab 1918 erhielten sie zudem einen Überhitzer. Die ältesten Lokomotiven erhielten dabei auch kleinere Räder von 69 Zoll und einige waren auf Ölfeuerung umgebaut worden. Sie wurden zwischen 1941 und 1956 ausgemustert.

Die Santa Fe startete ab 1910 mit einem der wenigen Versuche, eine große Mallet mit großen Kuppelrädern für den Einsatz vor Personenzügen zu entwickeln. Aus dem großen Raddurchmesser ergab sich eine erhebliche Gesamtlänge, die besondere Anforderungen an die Beweglichkeit in Kurven mit sich brachte. Da der lange Kessel dabei ein Hindernis darstellte, kam die Idee eines geteilten Kessels auf.

Aus den Teilen zweier ehemaliger Prairie-Loks (1'C1') wurde die Lok mit der Nummer 1157 zusammengesetzt, welche die Achsfolge (1'C)C1' aufwies. Die größte Schwierigkeit lag darin, die beiden Kesselhälften beweglich und dicht miteinander zu verbinden. Dabei war der Wasserraum zwischen beiden Kesselhälften getrennt, während der heiße Rauch mitsamt Funken und einzelnen Schlackebrocken vom hinteren in den vorderen Kesselteil überging.

Der hintere Teil des Kessels produzierte den Dampf und überhitzte ihn, bevor er in die hinteren Hochdruckzylinder strömte. Der Abdampf gelangte dann in den vorderen Teil des Kessels, wo er nacherhitzt wurde und dann an die vorderen Niederdruckzylinder weitergeleitet wurde. Der vordere Teil diente zudem als Speisewasservorwärmer. Die Verbindung zwischen den Kesselhälften wurde hergestellt mittels fünfzig abwechselnd ineinander verschachtelten Stahlringen. Im Betrieb verkeilten sich oftmals Schlackebrocken zwischen den Ringen, welche dann in der nächsten Kurve barsten. Bei weiteren Maschinen wurde die Verbindung angepasst und es war auch eine Variante als Kugelgelenk entstanden.

Obwohl man keine vollkommen zufriedenstellende Lösung für die Verbindung zwischen den Kesselhälften finden konnte, wurden 1910 noch zwölf weitere Maschinen dieser Bauart als Klasse 1158 und 1160 gebaut. Parallel entstanden 27 Stück der Klasse 1170 mit einem sehr langen, einteiligen Kessel. Trotz dieser Umstände ließ die Santa Fe 1911 24 Exemplare einer schwereren Ausführung mit zweiteiligem Kessel bauen. Diese bekamen die Nummern von 3300 bis 3323 und wurden somit als Klasse 3300 bezeichnet. Auf Grund der anhaltenden Probleme mit diesen Loks war man später dazu gezwungen, sie schon in den Zwanzigern entweder zu verschrotten oder für den Bau von Prairie-Loks zu zerlegen.

Auf dem Raton Pass zwischen Colorado und New Mexico setzte die ATSF Schubloks der Achsfolge 2-10-0 bzw. 1'E ein. Da es auf dem Gipfel keine Möglichkeit zum Drehen der Loks gab, mussten diese rückwärts den Berg wieder hinab fahren. Um die Laufeigenschaften rückwärts zu verbessern, bestellte man bei Baldwin einige 2-10-0-Loks mit einer zusätzlichen Nachlaufachse. Dies führte zur Klasse 900 mit der neuen Achsfolge 2-10-2 oder 1'E1', die nun als „Santa Fé” bekannt wurde.

Der Antrieb erfolgte durch vier Zylinder mit Verbundwirkung in Tandemanordnung. Die Hochdruckzylinder lagen jeweils direkt vor den Niederdruckzylindern und wirkten mit diesen zusammen auf die dritte Kuppelachse. Zur Wartung der Niederdruckzylinder konnten die Hochdruckzylinder mit einem eingebauten Kran entfernt werden. Die dritte Kuppelachse war außerdem die einzige, die keine Spurkränze hatte.

Per Ausgleichshebel wurde die Achslast der ersten beiden Kuppelachsen und der Vorlaufachse untereinander ausgeglichen, ebenso wie die Achslast der hinteren drei Kuppelachsen und der Nachlaufachse. Einige Loks erhielten eine besondere Form der Feuerbüchse, die von Henry W. Jacobs und Frank W. Shupert von den Frisco Lines entwickelt worden war. Sie kam mit Lochblechen statt Stehbolzen aus und hatte Vorteile bei der Wartung, konnte sich aber nicht durchsetzen.

Von der Klasse 900 entstanden insgesamt 85 Stück. Die ersten 40 davon waren für den Raton Pass bestimmt und mit Kohle gefeuert. Die restlichen kamen auf der Strecke zwischen Albuquerque und Arizona zum Einsatz und waren ölgefeuert. Ab 1905 wurden 76 Loks der Klasse 1600 gebaut, die im Wesentlichen mit der Klasse 900 identisch waren. Da es an dieser jedoch Rahmenbrüche gegeben hatte, wurde der Rahmen hier verstärkt, wodurch sich die Reibungslast erhöhte. Unterschiedliche Daten für beide Klassen konnten jedoch nicht gefunden werden.

Ab 1916 wurden die Loks beider Klassen einem Umbau unterzogen, nach dem sie wieder identisch waren. Die Kessel wurden mit einem Überhitzer und mit Wasserrohren in der Feuerbüchse ausgerüstet. Da das Tandemtriebwerk einen zu großen Wartungsaufwand nach sich zog, ersetzte man es gegen ein Zweizylindertriebwerk mit einfacher Dampfdehnung. Dabei wurden nur die Hochdruckzylinder entfernt und die Niederdruckzylinder vergrößert.

Die Santa Fe hatte bereits 1919 eine 2-10-2-Lok der Klasse 3800 in eine 2-10-4 umgebaut und damit die weltweit erste Lok dieser Achsfolge entstehen lassen, die bei uns unter der Bezeichnung 1'E2' bekannt ist. Dies geschah durch den Tausch der hinteren Laufachse gegen ein Drehgestell, während man die Heizfläche des Kessels etwas vergrößerte. Da jedoch die Feuerbüchse nicht vergrößert worden war, hielten sich die Zuwächse bei der Leistung in Grenzen und somit blieb es bei einem Einzelstück. Da jedoch die Texas & Pacific ab 1925 die erste 2-10-4 in Serie gebaut hatte, wurde diese Bauart „Texas” genannt. Erst 1930 baute die Santa Fé die Lok mit der Nummer 5000 direkt als 2-10-4, die bald unter dem Namen „Madame Queen” bekannt wurde.

Der Kessel wurde deutlich stärker ausgeführt mit einer Rostfläche von 11,3 m², drei Thermosiphons und einer um 34% vergrößerten Gesamtheizfläche. Die Lok wurde dadurch erheblich schwerer und erreichte eine höchste Achslast von mehr als 34,7 Tonnen. Auch der Tender war sehr groß mit einem Gesamtgewicht von 170 Tonnen, das auf sechs Achsen lagerte. Er fasste 20.000 Gallonen bzw. 75,8 m³ Wasser und 20,9 Tonnen Kohle. Verglichen mit ihrer Vorgängerin konnte sie 15% mehr Anhängelast in 9% weniger Zeit mit 17% weniger Kohle pro Tonnenmeile ziehen. Sie bildete die Grundlage für die Klassen 5001 und 5011 und blieb genau so lange wie diese im Einsatz, das heißt bis 1957.