本車は一貫して第二次世界大戦時の日本陸軍の主力戦車であり、多数の後継型・派生型が存在する。なお、大戦後半に多種の自走砲が出現したことには、本車の車台が野戦砲を搭載するのに適当であったことのほかに、57mm砲塔を搭載していた車両の再戦力化という意義もあった。
終戦時の時点で九七式中戦車は、日本本土の各部隊に57mm砲搭載型が74輌前後、47mm砲搭載型が418輌前後、南方軍には31輌前後（搭載砲不明）が残存していたと思われる。本土の47mm砲搭載型が418輌前後という数字は一式中戦車の生産数を170輌とした場合であり、両車合計では588輌前後が残存していたと推定される。また砲戦車の生産遅延対策として57mm砲搭載型が配備されていた事例も多く、57mm砲搭載型に関しては74輌よりも残存数は多いとされるが、57mm砲搭載型の車体を自走砲や砲戦車に転用された事例も多いと思われる。その他、関東軍・支那派遣軍における残存数は不明である。終戦後には中国大陸において、日本軍の装備の多くが国民革命軍（国民党軍）と紅軍（共産党軍、1948年以降は人民解放軍）に接収され、九七式中戦車も両軍で使用された。これらはのちの国共内戦でも使用され、特に人民解放軍のものは国民革命軍相手に大きな戦果を挙げている（「功臣号」）。日本国内では、砲塔や武装を撤去し障害物撤去用のドーザーを取り付けたブルドーザー（「更正戦車」）が相当数作られ全国で使用された。中でもその改造装甲車両（名称は「装甲車」）が治安維持を名目に警察に昭和20～30年代にかけて配備され、東宝争議などに出動、東京都では1949年（昭和24年）の大雪の時にも出動している他、北海道では長く使用されていた。その他、本車車体を利用して作られたクレーン車が1959年（昭和34年）から1960年（昭和35年）頃まで横浜港で使用されていた。
モ801 - 804は1956年（昭和31年）に台車をKD-20に交換した。モ805 - 812は当初よりKD-20を装着しており、主制御器がMMC-LTB20A、集電装置がS-754-DCになった。また、当初はMc-T-Mcの3両編成であったが、1958年（昭和33年）に乗客の増加に対応してク710形（簡易運転台付き） が製造され4両編成となった。ク710形は車庫内での入れ替え作業などを考慮して簡易運転台が編成中央となる奈良寄りに設置されており、この妻面に標識灯が設置された。台車はKD-20Aである。本形式は簡易運転台を撤去し、1980年3月31日付けでサ710形に改称された。705・715は三菱製ラインデリアの実験車となり、のちに正式に装着された。1969年（昭和44年）の1500V昇圧時には、モ800形の主制御器を日立製作所製のMMC-LHTB-20Cに交換され、主電動機は1時間定格出力が端子電圧の引き上げで125kWとなり、設計時の本来の性能が発揮されるようになった。また、従来はモ800形各車に搭載されていた電動発電機・空気圧縮機はク710形に集約搭載されるように変更されている。1975年（昭和50年）4月に京都線新祝園 - 山田川間で発生した踏切（現在の木津川台駅付近）事故で807F が転覆大破し、808の先頭部は並行する国鉄片町線（当時は電化前）線路に乗り上げる惨事となった。この結果、復旧不可能な808+704は1977年（昭和52年）に廃車となり、復旧した714+807は暫定的に820系と4連を組んで使用された。この際800系側の抑速制動は使用不可能になり、また714の貫通路の改造が行われた。1975年（昭和50年）からは生駒線での運用が始まり、1980年（昭和55年）に支線区での運用に最適になるように、モ800形の主電動機の歯数比を79:18から82:15（5.47）に変更され、翌1981年（昭和56年）3月18日のダイヤ改正からは本系列は支線区専用となっている。その後、1984年（昭和59年）から1987年（昭和62年）にかけて、A動作弁の製造打ち切りで補修部品確保が困難となったことなどから、A-RDブレーキのHSC電磁直通ブレーキへの換装が行われた。ただし、車齢が高かったこと、そして中型車であったことを理由として本系列は冷房改造が行われなかった。1986年5月には、805Fの805+713が後述のように転出した事から、残存した703+806は2連化された。その際703には平妻貫通運転台が増設された。後継系列である3200系の登場と前後し、一部車両が後述の880系に改造され、1988年（昭和63年）3月までに伊賀線に転属した。残存車についても1989年（平成元年）の809F・811Fより廃車が始まり、1992年（平成4年）の801Fを最後に系列消滅となった。廃車後の処分は全車解体で、保存車は存在しない。