1994年度から2000年度にかけて機関および液体変速機の換装を実施している。機関はコマツ製SA6D125H-1AもしくはSA6D125HE-1への換装が実施された。機関換装工事実施中は旧機関の車両との併結を考慮し出力を265 PS/2,000 rpmに制限し、換装完了後順次355 PSへ引き上げているが、岡山気動車区所属のキハ40形2000番台の一部と3000番台は、2019年1月時点でも265 PSのまま使用されている。液体変速機はコマツ製のKTF3335A-1A（変速2段・直結3段、自動式）または新潟コンバータ製TACN-22系（変速1段・直結2段、自動式）へ換装したが、台車が元のままの1軸駆動であり、軸重に対して出力が勝ち過ぎて空転を起こしやすい傾向があり、台車強度の関係から出力を本来の355 PSから330 PSに落としている。また、液体変速機のうちコマツ製のKTF3335A-1A換装車は、105 km/h以上で使用可能な直結3段目はキハ40系の最高速度が95 km/hのため使用されず、実質的には変速2段・直結2段である。
1989年度から1995年度にかけて日本電装製のサブエンジン式冷房装置AU34による冷房改造が全車に対して実施されている。床下の暖房用熱交換器を1基撤去してAU34を搭載し、車内荷棚部に室内熱交換器を設置している。
機関換装は1997年度から再開され、保有される全形式の全車の機関をキハ75形・キハ11形300番台で採用されたカミンズ英国工場製のC-DMF14HZB (350 PS/2,000 rpm)に、変速機をキハ85系・キハ75形で採用された新潟コンバータ製C-DW14A（変速1段・直結2段） に換装し、同時に、寒地装備、トイレ、ワンマン運転装備の有無、機関の形式により一定の基準によって分類して改番を行った。暖地向け車は5001（トイレなし車およびキハ40形は6001）から、寒地向け車は5501（トイレなし車は6501）からそれぞれ原番の順に機関換装と同時に改番した。1999年には、以前に機関換装を実施た車両も再度改番しており、C-DMF14HZ搭載車として3000番台に区別した。ワンマン運転対応車両は300を加えてさらに区別された。概要は以下の通り。
1989年以降に同社のキハ85系で採用されたカミンズ英国工場製のC-DMF14HZ (350 PS/2,000 rpm) に換装された車両は以下の通り。
「越乃Shu*Kura」（こしのしゅくら）は、2014年4月 - 6月に開催された「新潟デスティネーションキャンペーン」の一環として、郡山総合車両センターで改造施工された。2014年5月2日から「越乃Shu*Kura」として高田駅 - 十日町駅間（上越線・飯山線経由）で運転を開始した。キハ48-558+キハ48-1542+キハ40-552の普通車3両編成で、車両番号は改造前と変わっていない。1号車はびゅう旅行商品専用車両となっている。キハ40系列の中で初めて前照灯がLED化され、2016年3月26日ダイヤ改正からの上越線でのATS-P使用開始のため搭載改造を施工した。
「みのり」は、2008年10月から12月にかけて開催された「仙台・宮城デスティネーションキャンペーン」の一環として、郡山総合車両センターで改造製作された。2008年10月1日から「リゾートみのり」として仙台駅 - 新庄駅間（東北本線・陸羽東線経由）で運転を開始した。「みのり」の愛称は一般公募によるもので、陸羽東線のキーワードである「稲穂」＝実りある収穫、「温泉」＝実りあるひととき、「紅葉」＝実りの秋、そして「実り多い旅にしてほしい」という意味が込められている。東京方先頭1号車からキハ48 550+キハ48 549+キハ48 546の普通車3両編成で、番号は改造前と同一。
フランス衛兵隊で先代の隊長が妹ディアンヌを強姦しようとしたのに激怒し、殴って顎を砕いたことで降格させられたアラン・ド・ソワソンが大貴族が高位高官の職を独占するための規則により元の階級に戻れぬことに腐って自暴自棄の反抗を繰り返し、とても生活のために銃殺刑も辞さない大黒柱という自覚があるとは思えぬ彼と同僚が男尊女卑の愚考ゆえにオスカルを拉致・監禁をしでかすほどの呆れた行為に激怒し、貴族の従僕という立場ゆえに目の敵にされて嫌がらせを受ける日々だったが、オスカルを巡る片恋で恋敵となるも徐々に友情が芽生えて心の距離が縮まってゆく。そんな矢先、オスカルに縁談が持ち上がり一段と深まる身分違いの恋を貶されて発砲し、空に向けて撃ったとオスカルすら突っぱねるが、自身の恋の苦しみしか見えなくなっていたため、思わず「それでも貴族じゃないか」と口走り平民よりも深刻な貧困に喘いでも貴族と呼ばれる身分とは名ばかりの苦しみを怒りと共にぶつけられ、自分自身の失言を謝罪した。本編では描かれなかったが、黒い騎士（ベルナール）を捕縛した際、激情のままにアンドレの右眼を鞭で打ったことの報復を図ろうとしたオスカルを制止した時の言葉「武官はどんな時でも感情で行動するものじゃない。」と何かの折に話し、エピソード4「アラン編」で妹を捨てた元婚約者を射殺しようとしたアランを止めるに至った。オスカルに対する反抗と一転しての恋心が強くてかすみがちだが、2人の友情が思いも寄らぬほどに深かったことを証明している。