分割民営化後も引続き運用されたが、E231系電車への置き換えにより2000年から廃車が開始され、高崎線では2001年11月30日に、東北本線上野口では2004年10月のダイヤ改正で本系列の運用は終了した。211系電車への置き換えにより、中央本線や長野地区では2015年10月に運用を終了し、北関東地区でも2018年3月に運用を終了している。引き続き運用されている新潟地区においても、状態の良い300番台後期車や1000番台で初期車を置き換えるなどの転配が行われている。また伊豆急行200系電車第3編成以降としなの鉄道115系は、ともにJR東日本が保有していた本系列を譲受・改装したものである。
1979年、御殿場線用旧形国電置換え用に小山電車区から基本番台4両編成11本計48両が沼津機関区へ転入した。後の減車化（4連→3連へ変更）により車種間改造を含む広域転配が実施された。1981年には身延線用旧形国電置換え用に2000番台が新製配置され32系・42系・40系・51系などの旧形電車は1981年8月に運用を終了。車体更新車のモハ62系も1984年2月のダイヤ改正で運用を終了し、1986年に廃車となった。1986年11月のダイヤ改正で分割民営化に備えて中央西線用車両が神領電車区に、飯田線用車両が豊橋機関区に、また沼津配置車は静岡運転所に配置の見直しが行われた。
1976年に上野口への300番台投入で捻出された基本番台で、70系電車の置換えを目的に長岡運転所へ投入開始された。1978年からは1000番台投入により、捻出された基本番台は岡山地区に転出して80系を置換えたほか、1982年には水上以北での減車化（6連→5連へ変更）に伴う運用見直しで長岡運転所所属サハ115形1000番台19両が小山・新前橋の両電車区へ転出した。1984年の越後線・弥彦線電化開業により本系列が投入されることになり、一旦山陽地区に転出した基本番台（先頭車化改造車）や身延線用2000番台が転入したため、新潟地区は基本・1000・2000各番台が混在した状態となった。
本項では投入された地域ごとに分けて行うものとする。本来の運用とは別に1970年代の一時期はに東北本線・高崎線・中央東線・房総西線（現・内房線）の急行列車（いわゆる遜色急行）にも投入されたほか、通常はEF63形による推進･牽引となる信越本線横川 - 軽井沢間（碓氷峠）での自力走行試験も実施された（詳細は後述）。
岡山電車区所属の300番台（D編成）は乗降ドアの半自動設備がなく、車内保温において問題があった。このため2017年4月に出場したD-26編成より、押しボタン式の半自動ドアスイッチの設置工事が進められている。ドアスイッチの取り付け位置の関係から戸袋窓が小型化され、外観の印象が変わっている。
新潟・長野地区では先頭車化改造車増備によりクモハ115形・114形による2両編成で運行されていたが、この編成にはトイレがないため1992年から新潟地区の車両に、1999年から長野地区の車両に大型トイレを設置する改造工事が施工された。
1992年3月に発生した成田線大菅踏切事故を受けて、JR東日本は113系電車と同様に1972年度以前に製造された車両にアンチクライマー付きのステンレス板を取り付ける前面強化工事を施工した。当初板は無塗色のステンレスカラーだったが、やがて通常の塗色に戻された。初期車は前照灯のシールドビーム化改造（後述）も合わせて行われた。
分割民営化直前の1987年3月に長野地区の1000番台1編成3両へ試験的にセミクロスシートをロングシートにする改造を施工した。その後東京都市圏の輸送力増強のため1989年度から1990年度に小山電車区の300番台7両編成のうち、14編成98両にロングシート改造を施工した。
国鉄時代の特別保全工事を発展させ、20年程度の延命を目的とした車両更新工事。外板や配管の交換、座席モケットや化粧板の交換、屋根の塗り屋根化、前照灯のシールドビーム化、方向幕準備工事車への方向幕設置などが行われた。
車齢が15年以上経過した車両は老朽化や設備の陳腐化が深刻になってきたが、当時の国鉄は財政状況が厳しく、それらの車両を新車に置き換えることは難しかったため、延命のために特別保全工事が行われた。改造内容は主に屋根や腰板、窓まわりの外板の補修および空気配管や配線の取り替えであった。この工事は全般検査2回分（約16年）分の寿命を延ばすことが目的だった。
東海大工高では1977年、夏の甲子園県予選準々決勝に進むが、エース井辺康二を擁する兄弟校の東海大一高に敗れ、甲子園には出場できなかった。井辺とともに進学した東海大学では在学中首都大学リーグで5度優勝。しかし3年時の秋季リーグ以降は、白武佳久らのいた日体大の台頭により優勝から遠ざかる。1981年の第10回日米大学野球選手権大会日本代表に選出された。リーグ戦通算62試合出場、183打数61安打、打率.333、1本塁打、15打点。ベストナイン2回受賞。大学の一期上に原辰徳、津末英明、市川和正、同期には井辺の他、伊藤寿文がいる。卒業後はプリンスホテルに入社。1983年の都市対抗では一番打者として活躍した。1983年のドラフト会議では3位で西武ライオンズに指名され入団。1984年はアメリカ1A・サンノゼ・ビーズに野球留学した。