国鉄50系電車
車体
種車となったのは、モハ10形、クハ15形、クハ17形、サロ18形、サハ25形、サハ26形などで台枠の長さが16mのものである。木造車の車体を台枠から外し、台枠以下の電気品や台車、座席の座布団、電灯、戸閉め装置などを旧車体から流用して、半鋼製の車体を新製したものである。木造車の台枠は鋼製車に比べて幅が狭いため、初期の車は両側の側枠に側板を支える張り出し部材を継ぎ足して拡幅し、後期の車は資材節約のため、台枠内側寄りに部材を継ぎ足すことで側枠部材本体を外側に拡幅した。車体は、当時の標準型であったモハ33形（40系の17m形）を基本とし、幅800mmの窓を車端部に2個、扉間に4個配するものであったが、種車の台枠の長さが16mしかなかったことから、モハ33形よりも車体長が200mm短く、その関係で最も車端寄りの窓1個は幅が700mmとされていた。
1934年から1943年（昭和18年）という長期にわたって実施された工事であることから、鋼板屋根や張上げ形の雨樋、通風器の配列、埋め込み式の前照灯など、並行して製作された新製車と同様な仕様の変遷があるが、前面に丸みを持たせたいわゆる「半流線型」や窓の上下の補強帯を廃したノーシル・ノーヘッダーの平滑な車体は採用されなかった（75021は例外）。
また、旧車体から流用した部品の関係で、車内灯や客用扉、貫通扉の形態、戸袋の方向など、車両ごとの個体差が大きかったのも本系列の特徴である。
木造車向け台枠に装備されていた補強用の床下トラスバーは、鋼製化当初はそのまま装備されており、この系列を大きく特徴づける外見であったが、後年の更新進展に伴い撤去されている。
主要機器
原則的に種車の機器を再整備の上で流用したが、一部は新製した。
台車
台車はいずれも球山形鋼を側梁に使用する軸距2,450mmの釣り合い梁式台車で、電動車は車輪径910mmのTR14(DT10)を、制御車は車輪径860mmのTR11を、それぞれ装着する。
主電動機
種車の機器を流用したため、MT7A（日立製作所RM-257）・MT9A（芝浦製作所SE-114）・MT10A（東洋電機製造TDK-502）・MT12A（メトロポリタン＝ヴィッカースA-1506）・MT13A（三菱電機MB-94A）・MT14A（奥村製作所MD-27）、と国産品と輸入品が混在する多種多様な100kW級電動機が搭載された。
ただし、これらは戦時中の酷使による疲弊などもあって後に整理の対象となり、最終的にはこれらの中で最多を数えたMT7Aが一部に残った以外は、全て同級後継機種であるMT15B・MT15Cに交換されている。
制御器
制御器は電動車全車ともCS5電磁空気カム軸接触器式総括制御器が搭載されている。主幹制御器は鉄道省標準のMC1Aである。
ブレーキ
鉄道省標準のA動作弁に電磁給排弁を組み合わせたAE電磁自動空気ブレーキと手ブレーキを搭載する。車体床下にブレーキシリンダーを1基搭載し、前後に伸びたブレーキロッドで2台の台車の基礎ブレーキ装置を駆動する、車体シリンダー式を採用している。
台車の基礎ブレーキ装置は、いずれも車輪の前後からブレーキシューを踏面へ当てて締め付ける両抱き式となっている。
基本形式
本来の木造電車の鋼体化として製作されたのは、モハ50形、クハ65形、サハ75形の3形式である。1938年（昭和13年）には、木造二等車の鋼体化としてサロ76形が計画されたが、同年の京浜線二等車連結廃止によって計画のみに終わった。
太平洋戦争前に製作されたモニ53形については、火災によって焼損した大阪地区の木造モニ13形を鋼製車体で復旧したもので、東京地区の鋼体化とは趣旨が異なる。戦後に、老朽木造荷物車の更新として実施されたものが、本来の鋼体化といえるものである。
戸袋位置変更車と座席半減車
本系列は、木造車体から戸閉め装置を流用した関係で、中央扉の戸袋位置が左右非対称（運転席側は後、助士席側は前）となっているのが特徴である。しかし、1939年度 - 1941年度大井工場製の8両（65073, 65077, 65081, 65100, 65101, 65103, 65148, 65170）は、両側とも後に戸袋がある変型車であった。これは、流用した戸閉め装置の関係と思われる。
1941年度および1942年度大井工場製の一部は、当初から座席半減を実施した。65161, 65201, 65203, 65204, 65217の5両は標準タイプのまま、65103, 65148, 65170の3両は前述のように中央扉が両方とも後方に引かれるタイプ、65159, 65169, 65171, 65173, 65186, 65187, 65193, 65195, 65196, 65200, 65202, 65206, 65207, 65209, 65211, 65213, 65214, 65216, 65218 - 65221の22両は最後部の扉が前方に引かれる（標準タイプは後方に引かれる）タイプとして、それぞれ戸閉め装置部分を残して座席を装備しないまま落成している。
三段窓試作車
1942年度大井工場製のうち、65183, 65188, 65190の3両は、車内の通風改善のため、中段を固定し、上段・下段を戸錠付きの上昇窓とした、三段窓の試作車として落成した。この方式は1944年（昭和19年）度製のモハ63形において実用化され普及した。このうち、65188は戦災で喪われ、残った2両も戦後、通常の二段窓に改められた。
付随車代用車
戦時中に落成したものの一部は、電装品の不足から、運転台機器を装備しないまま落成し、付随車代用として運用された。該当車号は65159, 65167, 65171, 65175, 65176, 65180, 65184, 65191の8両である。多くは後に運転台機器を装備したが、65175は付随車代用のまま戦後まで使用された。
両開き扉試作車
1941年に製作された75021は、省電としては初の両開き扉の試作車であり、本系列としては唯一、窓上下の補強帯を廃したノーシル・ノーヘッダー車である。扉の幅は1300mmで従来車の1,100mmより広くなり、開閉時間も従来の3秒から0.5秒短縮され、乗降の円滑化に効果が期待された。窓配置も従来車とは大きく変わり、幅650mmの窓が車端部に2個、扉間に5個並ぶ配置（2D5D5D2）となった。屋根は鋼板製の張上げ式で、通風器は3列配置であるが、中央列が従来車が3個であるのに対し5個装備されていた。扉の構造は、左右の扉それぞれに戸閉め装置を設置してそれぞれ駆動するものであったが、動作に円滑を欠き、その後の増備も行なわれなかった。また、両開き扉も1両だけでは十分な効果を発揮することができず、結局戦災廃車となり、長期間放置されたが特異な車両であるため引き取り手が現れず、いつのまにか解体された。
鉄道省で両開き扉の電車が計画されたのは、これが初めてではなく、1937年度にモハ41形の全鋼製両開き扉車が計画されたことがある。結局これが日の目を見ることはなかったが、部内ではすでにこの時期に両開き扉電車の構想があったことが窺われる。
戦後の状況
太平洋戦争中の酷使により鉄道車両の多くは荒廃し、米軍の空襲により多くの車両が焼失した。終戦後は旅行の制限がなくなったことにより、さらに混雑が激化し、車両の荒廃も加速度的に進んでいった。
戦後の混乱も沈静化した1950年（昭和25年）から更新修繕が行われ、戦前同様の状態に復していったが、1952年（昭和27年）からは、桜木町事故の教訓を取り入れた更新修繕IIに切り替えられた。
クハ65形をクハ77形に改造
1949年9月1日に平井駅で落雷のため焼失した65127, 65129の2両を、1951年4月 - 5月に名古屋工場で更新修繕を兼ねて飯田線用の2扉クロスシート車クハ77形（77051, 77053）として復旧した。
詳細は国鉄62系電車 (初代)#50系からの改造編入車 を参照されたい。
1953年車両形式称号規程改正による変更
1953年（昭和28年）6月1日に施行された車両形式称号規程改正により、車体長17m級の電車は、形式10 - 29に設定されたため、本系列に属するモハ50形、クハ65形、サハ75、モニ53形は、前述の改番の先取りにより新形式番号で落成していたモニ13形（旧モニ53形）を除き、その時点で残存していた全車が改番の対象となった。
この改番により、車体長17m級3扉ロングシートの電車はその出自に関わりなく、三等中間電動車はモハ10形（2代。本系列に該当車なし）、片運転台の三等制御電動車はモハ11形、両運転台の三等制御電動車はモハ12形（本系列では改番時点で該当車なし）、三等制御車はクハ16形、二等三等合造制御車はクロハ16形、三等付随車はサハ17形、二等付随車はサロ15形（本系列に該当車なし）、荷物電動車はモニ13形に統合された。ただし、番台による区分が設けられ、他系列の車両と区別された。区分の詳細については、各形式の節で記述する。
モニ13形
モニ13形は、車体長17m級荷物電動車に与えられた形式で、旧モニ53形である。改番にあたっては、形式を13に書き換えたのみで、番号は従来からのものを踏襲した。前述のように1952年度後期落成車（024 - ）からは、改番を先取りする形でモニ13形として就役しており、改番が実施された1953年6月1日までは、木造のモニ13形と鋼製のモニ13形が併存しており、暫定的とはいえ二車現存も発生していた（13028）。
二等車の廃止と改番
1957年（昭和32年）6月、東京の国電線区における二等車は東海道線と横須賀線を除いて廃止されることとなった。中央線、京浜東北線などで使用されていたクロハ16形は、当面そのままの設備で三等車代用として使用することとなり、記号をクハに書換え、クハ16形に編入された。その後間もなく、運転室の直後に設置されていた長さ540mmの座席を取り払ったが、二等室と三等室を区分していた仕切りは残し扉のみ撤去している。しかし、この仕切りを残したのは乗客に不評であったことから、順次仕切り壁を撤去していった。クロハ16形は、更新修繕II施行の際、クハ16形（400番台）と比べ、屋根上のグローブ形通風器1個（前から3番目）が仕切り壁に支障するため取付けられていなかったが、仕切り撤去の際に一部はその部分に通風器を増設したが、そのままという変型車も残った。
1964年度、旧クロハ16形のクハ16形は、連番に整理されることとなり、後述の救援車に改造されていた16800, 16804および天王寺鉄道管理局に転用されて阪和線で使用されていた16802, 16830, 16850の5両を除いた27両がクハ16506 - 16562（偶数のみ。欠番あり）に改番された。この改番は、番号の百位「8」を「5」に書き換えただけのもので、当然、前述の5両の分は欠番となっている。
モハ12形への改造
1958年（昭和33年）3月、11469が大井工場の入換え用として後位に運転台を増設し、モハ12形（12030）となった。同車は、同用途に製作された12019と同じく、増設側運転台の乗務員用扉や仕切りがない。
また、1957年（昭和32年）10月および1958年2月に、幡生工場で可部線用（750V）として両運転台に改造されていた11480および11481がモハ12形に改番され、それぞれ12031, 12032となっている。両車は、増設側の運転台が12031は半室形、12032が全室形と異なり、さらに12031は既設側の前面が非貫通式に改造されている。両車とも、増設側運転台の乗務員室扉が低く、ウィンドウ・ヘッダーまでしかない。
1959年形式称号規程改正による変化
1959年（昭和34年）6月、新性能電車を分離する形式称号規程改正が行なわれ、その際、中間電動車と制御電動車が分離されて、制御電動車に新記号「クモ」が制定されたのにともない、モハ11形はクモハ11形、モハ12形はクモハ12形、モニ13形はクモニ13形に改められた。また、従来形式は数字のみであったが、この改正により記号と数字を合わせて形式とするよう変更されている。
同時に、鋼製事業用車は従来の雑形形式から制式形式に移され、モル4511形はクモル24形に改められている。
配給車への改造
老朽化した木製配給車モル4100形の代替として、1958年5月、11417が配給車に改造され、モル4511形（4511）となった。車体の後位約4分の3を撤去し、無蓋構造としたのは同時に改造された旧30系のモル4500形と同様であるが、魚腹形台枠を持つ旧30系と比較して台枠構造の脆弱な本車は、あおり戸は採用されず、固定式となっている。1959年（昭和34年）6月に実施された改番では、同車はクモル24形に改められ、クモル24051となった。
その後、1964年（昭和29年）にクモハ11424とクモハ11459の2両が吹田工場でクモル24形に改造されており、それぞれ24052, 24053となっている。こちらは24051と異なり、無蓋部分にあおり戸が設けられている。
本系列に属するクモニ13形からは、2両が両運転台式の配給車クモル23形となっている。1961年（昭和36年）9月には、クモニ13027が豊川分工場においてクモル23050に改造された。この車は、車体中央部を無蓋としたのは他のクモル23形と同様であるが、前後の有蓋部分にも部品積載室を設けており、前面窓がHゴム支持の2枚窓とされた上、傾斜式とされた変形車である。
1963年（1963年）3月には、クモニ13022が幡生工場でクモル23060に改造されている。この車は23050と異なり、有蓋室は前位のみである。
警戒色試験車
1959年、無人踏切の多い鶴見線で使用されていた11509は、夜間の視認性を高めるため、前面窓下に2本オレンジ色の夜光塗料の帯を入れ、それを照らす左右2本の蛍光灯が取付けられた。試験は浜川崎支線で2月から3月末にかけて実施された。
近代化改造車
1960年6月に、南武線武蔵溝ノ口駅で入換機関車と衝突し大破したクモハ11456は、大井工場での復旧の際、戸袋窓をHゴム支持とし、近代化改造車に近い姿となった。
モデル更新修繕車
1961年5月に、クハ16559を大井工場でモデル更新車として、室内羽目板にビニールクロス張りハードボード、床面をビニリウム張りとした。同様な改造車としては、クモハ11305, 11307がある。
霜取り用パンタグラフ増設車
大糸線では、冬季の架線への霜の付着により、一番電車のパンタグラフの破損が目立ったことから、1961年12月に長野工場で、クハ16414前位の屋根上にパンタグラフを増設し霜取り用とした。同車は通風器8個の変型車であったが、この改造により、前位の2個が撤去された。
電源車に改造
1963年夏、房総線の臨時準急「汐風」として153系が非電化区間に乗入れることとなった。その際、非電化区間はDD13形ディーゼル機関車の牽引となることから、電車側の電源車および連結器変換用の控車としてクハ16527にディーゼル発電機を搭載して使用した。翌1964年夏には、80系を使用した臨時準急「白浜」が運転され、電源車としてクハ16484が使用された。
廃車
本系列は、収容力の小さい17m車体で、木造車から再用した走行機器の老朽化が進んでいたことから、地方への転出が進み、仙石線、南武線、青梅線、大糸線、身延線、飯田線、富山港線、福塩線、可部線、宇部線・小野田線などで使用されたが、営業用としては1970年代前半にはほぼ姿を消している。本線上で最後まで使用されたのは、1983年（昭和58年）まで飯田線で荷物輸送用として使用されたクモニ13形で、事業用としては、配給車のクモル23形と救援車のクエ28形が1985年（昭和60年）まで残っている。