マシンX
登場
西部署管内で、銀行強盗を襲撃して現金を強奪し、マーキュリー・クーガーで逃走するという事件（犯人役は片岡五郎・椎谷建治・鳥巣哲生）が多発。大門軍団の覆面車では、違法なチューンを施されしかもA級ライセンス保持者である犯人が運転するクーガーに追いつけず、谷刑事の指示により3台の覆面車(330・430セドリックセダン)で挟み撃ちしようとしたところ、車の運転に自信のある桐生刑事が独断行動に出て、覆面車でクーガーを無理に深追いしたため、民間人をはねるという不祥事が発生してしまう。このことがきっかけで、木暮課長は日産にマシンXの納車を前倒しさせる。かねてより、西部署には木暮の言葉から「捜査課に新人が来る」という噂が流れており、二宮係長以下軍団刑事達は「大門が更迭されて代わりの人間が来る。」と思い込んでいた。そんな折、遂にマシンXが納車され、大門軍団は新しい仲間の加入に喜ぶ（この時、大門は運転を桐生刑事に任せている）。
その日の夜、桐生刑事は早速マシンXのサーチライトを駆使してクーガーを追跡し、搭載されているスチルカメラで撮影するも見失ってしまう。なかなか姿を現さないクーガーに、大門軍団は焦りを感じ始める。
最終手段として、大門は松田刑事と源田刑事によるおとり捜査を決行し、クーガーをおびき出すことに成功するものの、犯人によるマシンガンの銃撃で2人が乗った車(230セドリックセダン)は横転、誘き出されたと知った犯人に松田刑事が拉致されてしまう。マシンXでクーガーを追跡する桐生刑事は、マシンXの特殊装置の1つである発信ペイント弾をクーガーに命中させ、レーダーによる追跡を開始するが、それでも何故か見失ってしまう。スチルカメラで撮影したクーガーの写真を見ていた大門と木暮は、全く違う場所で撮影された写真にクーガーと一緒に同じ大型トラックが写っていることに気付き、クーガーは普段この大型トラックで搬送されており、更にトラックの荷台はレーダー波を通さないアルミ製であると推測する。トラックのナンバーは既に二宮によって手配されていたが、一向に見つからない。そんな時、東名高速道路の川崎インターチェンジから、30分前に手配のトラックが通過したという連絡が入った。トラックの現在地は厚木付近であると推測した大門はヘリで出動し、木暮はマシンXに乗る桐生刑事に東名高速に入るよう無線で指示を出す。
大門は、東名高速道路の厚木手前を走る桐生刑事に、トラックが法定速度の時速80キロで走行していると仮定した時、マシンXが追いつくまでの時間を搭載してあるコンピュータで計算させる。すると、マシンXの最高速度である時速240キロで走ると、10分35秒後に追いつくという回答が出る。桐生刑事はマシンXを時速240キロに加速させ、東名高速を走行している一般車を次々と追い抜いてトラックを追跡するが、予定時間になっても該当する大型トラックが見当たらない。大門は、桐生刑事にすぐ近くの足柄サービスエリアを捜索するよう指示した。そして桐生刑事は、サービスエリア内で遂に犯人達の大型トラックを発見する。大門の指示で大型トラックを監視していた桐生刑事は、トラックの荷台からクーガーが出てくるのを目撃する。東名高速を走り出したクーガーを追跡するマシンX。犯人達は警察がここまで追跡してくるとは思っておらず、全速で逃げ始める。大門は、桐生刑事に御殿場インターチェンジからクーガーを一般道路に追い出すよう指示する。一般道路に出たマシンXは、追いついてきた大門の乗るヘリとの連携でクーガーを道路脇の山道に追い込み、遂に行き止まりまで追い詰める。クーガーから降りた犯人達は、松田刑事を人質にとって抵抗する。大門と桐生刑事は地形を利用して一時身を隠し、犯人を分散させる。不審に思って辺りを探し始めた犯人を仕留める大門と桐生刑事。人質になっていた松田刑事をクーガーから救出した大門は、クーガーに向けてショットガンを撃つ。クーガーは爆発炎上し、拳銃で抵抗していた最後の犯人も爆発に巻き込まれて死亡する。その直後、桐生刑事の後を追ってきた谷刑事、兼子刑事、源田刑事の黒パトがようやく到着し、炎上するクーガーを見て事件の解決を知るのであった。捜査課の課長室では、木暮と二宮が事件解決を喜びあう。安堵し背広の内ポケットからハンカチを取り出して汗をぬぐう二宮であったが、ハンカチと一緒に忍ばせていた退職願を木暮に見つけられてしまう。木暮は退職願を手に取ると、細かく破ってゴミ箱に捨ててしまう。西部署へ帰る大門軍団。桐生刑事がマシンXのコンピュータにキーパッドでコードを打ち込むと、モニターには「イツケン ラクチヤク（一件落着）」と表示される。
劇中の活躍
『PART-I』の第69話『マシンX爆破命令』では、夜中の西部署にかかってきた電話に銃声と女性の悲鳴が入っており、当直の北条刑事はマシンXで現場の公園に急行する。北条刑事がエンジンをかけたまま女性を探していたため、マシンX強奪という陽動作戦に引っ掛かり、現金輸送車襲撃を狙っている犯人・藤倉（演：藤木孝）に乗り逃げされてしまう。この回で、自爆装置のスイッチが課長室の引き出しに隠されていることが判明し、マシンXが発見されないことを原因に、木暮課長が自爆装置のスイッチを押そうとした寸前、北条刑事から発見の連絡があり、自爆を免れる。その後、現金輸送車襲撃計画を企てようとしていた犯人に拉致されてしまった北条刑事とマシンXは、大門軍団の手で取り戻すことに成功する。
『PART-II』の第14話まで活躍し、後継のスーパーZ・マシンRSが登場してからは、コンピュータの回線は全てオフにされた状態で警視庁特殊車両課のガレージに保管されていた。しかし、『PART-III』の第47話『戦士よ さらば』で、かつて飲酒運転の上ひき逃げを起こして逃走し、マシンXを運転する北条刑事に逮捕された事を逆恨みする電機メーカーの元エリート技術者・尾崎浩一（演：林ゆたか）によって盗まれてしまう。次々とひき逃げ事件を起こして逃走するマシンXを追跡する大門軍団だったが、五代刑事がRS-3に搭載されたビデオカメラで撮影した映像を検証した結果、犯人がかつてメーカーで研究していた技術を用いて無線操縦車に改造されていることが判明する。更に、車内に時限爆弾を搭載され、誘拐された印刷工の娘を後部座席に乗せたまま走り出す。山県刑事と北条刑事はRS-2のシグナルコントロールで前方の信号を赤信号に変えてマシンXを停車させ、その間に（ドアにも起爆装置がセットされているため）窓を割って人質を救出しようとするが途中で信号が青に変わってしまい失敗に終わる。しかしRS-3により無線誘導コードの一部が解析され運転席側の窓を開けることに成功し、北条刑事がRS-2からマシンXの運転席に乗り移る。その後大門と鳩村刑事により尾崎は逮捕され、マシンXの無線誘導は解除される。無事人質を救出するが、爆弾の爆発までの残り時間がわずかとなり、北条刑事は大門の指示で近くの空き地にマシンXを走らせる。時間ギリギリで北条刑事は脱出し、マシンXはついに爆発・炎上してしまう（但し、このシーンに使用された車輛は影武者。後述）。炎上するマシンXに向かい敬礼する大門軍団。同じころ、捜査課では佐川が机に置かれたマシンXの写真の隣にブランデーの入ったグラスを置き、木暮と共に敬礼してマシンXを偲んでいた。
運転者
大門団長以外にも、桐生刑事・松田刑事・北条刑事が運転することも多く、大門不在時には主にこの3人のうちの誰かが運転していた。登場当初は、成田空港から海外逃亡しようとした犯人を逮捕するために松田刑事が運転して、あまりの速さに驚くシーンがある。また『PART-II』第10話では静岡県警から団員全員が出動するシーンで大門がヘリコプターに搭乗したため沖田刑事が、『PART-I』93話「氷点下の激闘」のエンディング直前では大門の指示で平尾刑事がそれぞれ一度だけマシンＸを運転している貴重なシーンがある。
前述の『マシンX爆破命令』では、奪われたマシンXを無事取り戻した後、桐生・松田・源田の3人がマシンXの運転権を奪い合い、一度は源田刑事が運転席に座るものの、大門に「似合わないんだよ。交代、交代。」と言われてあえなく明け渡すというコメディタッチのシーンがある。この他にも、源田刑事はマシンXの運転をめぐって松田刑事とジャンケンをするも負けたりと、なかなか運転する機会を与えられなかったが、第53話『特ダネの罠』で捜査課事務員・山野美子の歓迎会が行なわれた夜の当直時、および第114話『FBI・指名手配!』での犯人追跡時と、2回の運転が確認できる。
パトランプの位置
マシンXのパトランプは助手席側の機械の上に設置されており、そのまま車内で点灯される。ただし日産ギャラリーで行われたお披露目式や登場初期のエピソードでは屋根の上に設置されており、一部のプラモデルやミニチュアカーではその状態で製品化されているものもある。
ただし夜間では車内でパトランプが点灯していると非常に眩しく、運転に支障をきたすために屋根に設置されたこともあるが（『PART-I』第45話）、夜間でも車内で点灯させていたこともある（『PART-I』第69話や『PART-III』第47話など）。マシンXの助手席スペースはシートが外され機械が設置されているため、人が乗り込むことはできない。そのためパトランプの屋根への設置は運転手が行わなければならないが、走行中にそれを行うことは危険であるため、発車前に行うか一度停車しなければならない。そのような時間を節約するために車内で点灯させることが前提になっていると考えられる。
また、車内点灯することで緊急走行中のシーンで運転する俳優の顔に赤色の光が当たり、印象的な映像が演出できるという側面もある。