运用初期，首先配属到东京机关区，主要在东海道本线担当旅客列车的牵引任务。与英国进口的EF50型电力机车相比，EF51型电力机车具有良好的可靠性，而且轴重也更轻。1931年（昭和6年），随着上越线全线开通运营，EF51型电力机车转配属水上机关区，与ED16型电力机车共同在水上至石打间投入运用。1936年（昭和11年），随着EF10型电力机车的引入，EF51型电力机车重新投入东海道本线运用。此后，坂和电气铁道（今JR西日本坂和线）向铁道省租用这两台电力机车，担当天王寺至白滨的“黑潮号”直通准急旅客列车的牵引