级内利用副电阻器实现若干小调压级，降低了每个级位之间的电压变化，从而获得了相对平滑的调速性能。EF81型电力机车采用CS36型电动凸轮轴式电阻控制器和CS37型电动凸轮轴式励磁控制器。除了电阻调压外，亦可以通过改变牵引电动机回路连接方式（串联、串—并联、并联），来改变牵引电动机的端电压。此外，为扩大机车的恒功调速范围，还可以对牵引电动机施行四级磁场削弱。EF81型电力机车仍然采用传统的手把式司机控制器，共有16个调速级位，包括低速缓行位4级（1～4）、串联位1级（S）、串并联位1级（SP）、并联位1级（P）