以北的线段只可以交流电作供电。乘客在当时必须在取手转车才能继续行程，但是在交流区间使用的415系1500番台并不是通勤电车，而减低了常磐线的运输能力。土浦市及牛久市的商工会议所选出由国会议员为中心的「县南常磐线输送力増强期成同盟会」希望能促请当时的运输省（现为国土交通省）作出改善。1995年以10辆作一编组（连5辆附属编组）的E501系投入服务。在1997年再由川崎重工、东急车辆制造增造三组，并分派到胜田车辆中心，同时淘汰部分415系列车，而余下的403、415系在2005年至2007年被E531系