軽量化と重量配分を考慮して、キハは20m級、キサハは17m級と長さが違えてあり、いずれも先行する「魚雷形電車」ことモハ52形電車1次車にならって溶接を多用するノーシル・ノーヘッダー構造の平滑な半鋼製車体を採用した。また、雨樋を省略し扉部にのみ水切りを設けた張り上げ屋根を採用し、前面もモハ52形同様に乗務員扉を省略した流線型であるが、軽量化と保守の容易化のために側面のスカートは省略され、前面のみ側扉のステップと一体の短いスカートを装着していた。さらに、窓部付近の寸法や構成が異なり、塗色も塗り分けも異なっていたため、モハ52形とは全く違う印象の車両となった。また、車体幅は気動車標準の2,600mmであったほか、通風器は当時標準のガーランド式ベンチレーターが2列並べて屋根上に設置されていた。窓配置はキハが運転台側から1D(1)2x9 1(1)D、キサハがD(1)2x8 1(1)D、（D：客用扉、(1)：戸袋窓、数字：窓数）と電車よりはむしろ客車に近いレイアウトで、キハは運転台側の扉が片引戸に対し車端部の扉は内開戸でデッキ付と変わった構成となっていた。車内には窓配置に合わせて固定クロスシートが並べられ、シートピッチは1,450mmと長距離向けでシートの背摺りにモケットがあるものの、パイプ枠で背摺高さが当時の他の気動車と同様に低いものであった。それでも当時の気動車としては豪華な仕様で製作されており、国鉄気動車では初となるトイレと洗面所もキサハの車端寄り窓2枚分のスペースを確保して設置されている。暖房については、気動車であるがキハニ36450形ガソリン動車の設計を踏襲して蒸気暖房が採用されており、キサハの床下に自動式石油ボイラーを搭載する。連結器はキハの運転台寄りが簡易式連結器を強化したもの、各車の連結面間が密着連結器で、鉄道省・国鉄時代キロ65形（国鉄時代末期に485系電車特急との併結のため採用）を除くと、気動車に密着連結器を採用した唯一の例であった。
当時設計主任であった島秀雄の指揮の下で設計された、鉄道省で独自開発した大型ディーゼルエンジンを搭載する、総括制御方式の電気式気動車である。当時ドイツやアメリカなどで流行していた流線型高速ディーゼルカーに範を求め、動力車のキハ43000形2両と付随車のキサハ43500形1両（キハ43000-キサハ43500-キハ43001）のMTM3両で1セットを構成し、3両1編成が1937年3月に神戸の川崎車両兵庫工場で製造された。
1943年（昭和18年）11月1日、連合艦隊は第五戦隊司令官大森仙太郎少将（旗艦妙高）を指揮官とする連合襲撃隊を編制し、本隊（大森少将直率：第五戦隊《妙高、羽黒》）、第一警戒隊（第三水雷戦隊司令官伊集院松治少将：川内、第27駆逐隊《時雨、五月雨、白露》）、第二警戒隊（十戦隊司令官大杉守一少将：阿賀野、駆逐艦《長波、初風、若月》）、輸送隊（山代勝守大佐：駆逐艦《天霧、文月、卯月、夕凪、水無月》）という戦力でブーゲンビル島タロキナ岬に上陸したアメリカ軍に対し逆上陸計画を企図する。だが輸送隊は引き返し、主隊・第一警戒隊・第二警戒隊でアメリカ軍輸送船団の撃滅を目指した。これをアーロン・S・メリル少将率いる巡洋艦4隻・駆逐艦8隻の艦隊が迎撃する。ブーゲンビル島沖海戦である。11月1日午後11時30分以降、妙高、羽黒の偵察機が米艦隊発見を報告する。11月2日00時45分、時雨が第一警戒隊左前方から接近する米艦隊発見を報告、つづいて川内もそれを認めた。最初に米艦隊と交戦したのは第一警戒隊で、川内は00時55分には炎上して舵故障を起こし、戦闘不能となる。主隊と第二警戒隊は回避行動に専念し、午前1時7分に妙高と初風の衝突を招いた。時雨の報告から26分が経過した午前1時16分に妙高と羽黒は射撃を開始する。第五戦隊は『敵一番艦ニ命中弾数発ヲ認ムルト同時　魚雷命中ノ水柱ヲ認ム　敵二番艦魚雷二本命中撃沈　敵三(又ハ四)番艦ニ魚雷命中水柱大火災ヲ認ム』と報告しているが、軽巡デンバーに不発弾3発、駆逐艦スペンスに1発が命中して小破しただけだった。大戦果を挙げたと誤認した大森司令官は各隊に撤収を下令、米艦隊はこれを追撃して戦場に取り残されていた川内、初風を撃沈した。戦闘終了後、第五戦隊は『重巡洋艦1隻轟沈、同2隻魚雷命中撃沈確実、大型駆逐艦2隻轟沈、重巡あるいは大型駆逐艦1隻魚雷命中撃沈確実、駆逐艦1隻同士討ちで損傷、重巡1ないし2隻および駆逐艦に命中弾』と報告した。実際の損害は第一警戒隊（川内、時雨、五月雨、白露）による駆逐艦フートの大破、五戦隊によるデンバー、スペンスの小破だった。ほかにモントピリアに魚雷2本命中も不発、サッチャーの衝突により小破。戦術的（損傷艦）および戦略的（輸送船団撃滅失敗）にも本海戦は日本軍の完敗で終わった。翌朝、羽黒からは妙高の前部左舷に初風の甲板がぶらさがっている光景が見られたという。このあと大森少将は第五戦隊司令官を解任された。1944年（昭和19年）6月のマリアナ沖海戦、10月中旬のレイテ沖海戦等に参加する。10月24日のシブヤン海海戦で「妙高」は右舷後部に魚雷1本が命中。後部発電機室、右舷機械室、右舷内外軸室などに浸水、傾斜して速力も低下し落伍した。第五戦隊旗艦は「妙高」から「羽黒」に変更され、「妙高」はコロンへと向かい10月25日に到着した。12月13日、レイテ沖海戦での損傷修理に日本本国に戻るため駆逐艦潮を護衛にサイゴン沖を航行中のところを米潜水艦バーゴール (USS Bergall, SS-320) の夜間雷撃により艦尾を切断した。妙高は主砲と高角砲で二二号電探を使用したレーダー射撃を実施し、バーゴールに命中弾を与え大破させたが信管が作動せず沈没させることは出来なかった。航行不能となった妙高はシンガポールに曳航され、同様に航行不能状態で同地に所在していた重巡高雄とともに防空艦として同地に留まることとなった。高角砲と機銃の大部分は陸上陣地に移設され、乗員は臨時陸戦隊に編成された。妙高はこの後も主缶と補機類（発電機など）は使用可能であり、自力での投揚錨、通信、電力供給などが可能な状態で終戦を迎えた。