慶長6年（1601年）2月1日、忠政は遠州横須賀藩に移され、翌年7月に土屋忠直が2万石で入った。忠直は天正10年（1582年）、織田信長の甲州征伐で最後まで武田家に忠誠を尽くした土屋昌恒の子である。忠直は慶長17年（1612年）4月9日に死去し、跡を利直が継いだ。利直の時代には、後の正徳の治の立役者である新井白石とその父正済が仕えている。利直は延宝3年（1675年）閏4月24日に死去し、跡を直樹が継いだ。しかし直樹は延宝7年（1679年）8月7日、狂気を理由に改易された。ただし、先君らの功績を評価されて、土屋家は直樹の長男逵直の家系が3000石の旗本として存続した。土屋家の改易以後、しばらく久留里への入部はなかった。
小田原征伐後、関東に入部した徳川家康は、徳川四天王の一人・榊原康政の嫡男・大須賀忠政（松平忠政）に久留里3万石を与えた。これが久留里藩の立藩である。
軌間762mmという国有鉄道の規格から外れた路線であったため、車両は官設線の湧別線で使用するために輸入したケ200形蒸気機関車などわずかな例を除き、被買収私鉄の車両に国有鉄道車両としての形式を与えてそのまま使用した。ただし買収されずに廃車・譲渡された車両も多い。車種は被買収私鉄に蒸気鉄道が多かったことから蒸気機関車と客車・貨車がほとんどで、ごくわずかに内燃機関車（ガソリン機関車）と電気機関車、気動車が存在し、電車は存在しなかった。形式記号は、蒸気機関車の場合は動輪数を示すアルファベットをつけずに「軽便」の「ケ」に直接形式番号をつけた。その他の車両も「ケ」の後に国有鉄道の称号規程に準じて車種を示す記号をつけた。これは内燃機関車・電気機関車にも行われ、「ケDB10形」「ケED10形」のように片仮名とアルファベットが混在する形式記号も存在した。形式番号については特に規程が存在したという記録は残っていない。ただし、機関車の大きさについては一応の配慮がなされており、1912年製のケ200形と1919年製のケ100形を基準として、機関車の大きさに応じて上下に展開した。そのため、1067mm軌間の機関車のように形式番号が5の倍数にならず、「ケ158形」のような中途半端な端数を持つ形式が発生したり、一旦国鉄籍に編入後、私鉄へ払い下げられた車両が再度国鉄籍に編入される際に別の形式が付与されたり、譲渡車などの来歴確認をきちんと行わないまま買収線区ごとに安易に形式付与を実施した結果、本来なら同形式になってしかるべき車両が複数の形式に分裂するなど、形式の濫造が起こった。またケ1形が存在せず、最小形式がケ90形であったのもこのためである。これらの車両は改軌後、私鉄に譲渡されたものもあったが、多くはそのまま廃車となるか、他の特殊狭軌線での車両増備のために転属させられたり、工事線に転属させられたりした上で、余剰になり次第廃車にされた。ただし蒸気機関車の中には特殊狭軌線自体が消滅した後も車籍を有して各地を転々としたものもあったため、特殊狭軌線の車両はケ92号が1958年に札幌の苗穂工場で解体されるまで生き残っていた。この間、これらの車両が工事用などに使用されていたのか、それとも単にたらい回しにされていたのかはつまびらかでない。このように規格外の車両として早く処分されてしまったために、現存する車両はきわめて少なく、太多線で用いられていたケ90・ケ91号と、湧別軽便線で使用されていたケ204号の3両がわずかに残されているのみである。ケ90号は東海旅客鉄道社員研修センター（旧中部鉄道学園・愛知県名古屋市千種区）の構内、桜通沿いにある展示場にカットモデル化されて保存されていたが、現在はリニア・鉄道館に移設されている。ケ91号は浜松工場（静岡県浜松市中区）にほど近い遊歩道「堀留ポッポ道」に一部カットされた状態で保存されている。なお両車とも野外保存で公道から観察可能な点は同じであるが、公開環境は大きく異なる。ケ91号は柵もなく機関車自体に触れることが可能で、機関室に入ることもできるほか、市により石綿対策が行われるなど積極的に公開が行われている。一方ケ90号はリニア・鉄道館で公開されており、入館者は自由に見学が可能である。ケ204号は一度廃車になって業者の手に渡った後、当時日本統治下だった台湾の台東製糖会社が購入し旅客営業に使用した。同線が台湾総督府鉄道部に買収された後は台東線のL32号→L30号→LC121号となり、台湾が中華民国政府の統治になった後は台湾鉄路管理局の台東線に引き継がれてLCK31号として用いられた。廃車後そのまま現地で保存されることになり、現在は花蓮空港の近くにある「光隆礦石科技博物館」（花蓮県新城郷康楽村）の庭に木造有蓋車とともに野外保存されている。「日本の機関車」としてではなくあくまで「台湾の機関車」としての保存であり、改造のうちに製造銘板は失われ、水タンクや窓が変更されるなど一見してケ200形とは分かりづらい状態になっているが、それ以外の部分はすべて原形を残している。ただし修復がなされているものの車体のあちこちに傷みが見られ、保存状態が余りいいとは言えない。車両の周囲に柵などは設けられておらず、自由に近づくことができるようになっている。