中船柴油機是公司柴油機業務核心子公司。中船柴油機旗下擁有中船發動機（原中國船柴）、陜柴重工、河柴重工、中船動力 4 家子公司。截至 2024 年三季報，公司持股中船柴油機 51.85%，中國船舶和中船工業集團持股中船柴油機 31.63%和 16.51%。2024 年11 月公司發布公告，擬通過發行可轉換公司債券及支付現金的方式向中船工業集團購買其持有的中船柴油機 16.51%股權，如此計劃成功完成，則公司對中船柴油機持股比例將提升至 68.37%。據公司公告，中船柴油機 2024H1 營收 111 億元，同比增長 22%，歸母凈利潤 2.65 億元，同比增長 54%，利潤高速增長主因高價的低速機訂單逐漸交付。