優等列車用車両として華々しく登場した本系列も、晩年は専らローカル運用に就いた。しかし車齢35年近くを経過して各部の老朽化が目立ち始め、新型車両と比較すると接客面での陳腐化が著しかったことから、1971年（昭和46年）より54系の3050系への更新が開始された。54系更新が完了した1974年（昭和49年）からは、モハ5310形・クハ350形についても5000系（初代・後の3070系）へ更新が開始されて1975年（昭和50年）に全車更新を完了し、本系列は形式消滅した。不要となった旧車体については大半が解体処分されたが、モハ5451の車体のみはサヤ8000形として再用された。
その他、前面窓のHゴム固定化、クロスシート車についてはロングシート化、塗装変更等が順次施工されている。また、保安装置の取り付けに伴い運転室の機器撤去が行われて事実上中間車となった車両も多数存在する。なお、前照灯のシールドビーム2灯化についてはモハ5310形・クハ350形のみ施工され、後述更新時期の関係から54系（モハ5410形・5440形・5450形・5460形）およびそれらと編成を組むクハについては施工されなかった。
モハ5311-クハ351は大師線で運行中の1966年（昭和41年）12月に脱線衝突事故を起こし大破した。復旧に際しては修復不能であったモハ5311の先頭寄りの台車を新製して交換し、同時に車体裾の切り込みもなくなった。
前述のように本系列は4両の戦災復旧車が存在するが、いずれも焼けた鋼体を叩き直す形で復旧工事が行われたものであった。そのうちクハ401・402（いずれも2代）については状態が悪かったことから、1960年（昭和35年）に津覇車輌で車体を新製し載せ替えられた。新車体はほぼ原形通りの形態ながら、前面貫通構造のノーリベット車体で、車体裾の切り込みも無くなった。窓配置はd1D10D3と車端部寄りの側窓が1枚増えている。この2両については後述のように翌年電装化が施工されたため、新車体でクハとして使用されていた時期は1年に満たなかった。
輸送力増強に伴う長大編成化の進捗により、1960年（昭和35年）から1961年（昭和36年）にかけて両運転台モハの片側の運転台を撤去する工事が全車を対象に施工された。同時に反対側運転台の全室構造化・乗務員扉増設も行われ、元々片運転台構造であるクハについても運転台の全室構造化・乗務員扉増設が施工された。また、モハ・クハともに前後妻面に貫通幌・幌受けが新設され、連結相手と幌で結ぶ半固定編成化が行われた。
前述のように、本系列は大改番によって以下の6形式に区分された。なおこの際、10形・11形の特徴であった特殊字体の切り文字車番表記は廃された。以下、形式ごとに概要を述べる。
アバニャートはプルミエール・ダンスーズへの昇進こそ早かったが、最高位のエトワールにたどり着くまでには13年の時間を要した。当時のパリ・オペラ座バレエ団芸術監督ブリジット・ルフェーヴルにより早い時期からエトワールの踊る役に多く配役されていて、周囲からも任命を期待されていた。パリ・オペラ座の舞台で踊ってみたい作品は沢山あったが、それらを踊るためにあまりにも長く待たされるのは嫌だということで、アバニャートはパリ・オペラ座以外の世界に目を向けるようになった。ルフェーヴルから外部で活動する許可が下りたため、アバニャートは故郷のイタリアなどで自由なキャリアを送ることができた。この期間はアバニャートにとって難しい時期でもあった。パリ・オペラ座を長く離れているとエトワールに任命されないのではないかとの心配があったし、身体の維持は常に彼女の最大の関心事となっていた。アバニャート自身は、パリ・オペラ座を完全に離れることは考えていなかった。パリ・オペラ座では多くのコリオグラファーの新作を踊っていたし、ローラン・プティからは『若者と死』への出演を請われていた。アバニャートはエトワール任命直後に行われたインタビューで「あんなにも多彩なレパートリーがあって、世界有数のコリオグラファーたちと仕事することができて、あんなにも素晴らしい公演を行い、同じく素晴らしいレッスン場と教授陣を備えている劇場は他にはないと知っていましたから」とパリ・オペラ座の美点を語っていた。アバニャートは長きにわたってエトワールに任命されなかったために、自身ではその地位への昇進を期待していなかった。彼女自身によれば、すでにパリ・オペラ座の中では自分の場所を確立していると思っていた。エトワールではないのに公演の初日を任されていて、実質的にはエトワールと同様の扱いであった。2013年3月27日、アバニャートはニコラ・ル・リッシュをパートナーとして『カルメン』（ローラン・プティ振付）のタイトル・ロールを踊った。終演後、恩師のクロード・ベッシーや夫のフェデリコ・バルザレッティを始めとする家族が見守る中、アバニャートはエトワールに任命された。当初ルフェーヴルはアバニャートのエトワール任命を次のシーズン初めの『椿姫』（ジョン・ノイマイヤー振付）で考えていたという。実際には、『カルメン』を始めとするプティの多くの作品で共演したル・リッシュとの舞台での任命となった。アバニャートも「エトワールに任命されてまずローランのことを思いました。最後に『若者と死』を踊ったとき、彼は舞台を見ていて、『君がエトワールになるのをどれほど望んでいることか』と言葉をかけてくれました」とその喜びを語っていた。