本系列は更新以前の53系運用線区であった、栃木地区におけるローカル運用（日光線・鬼怒川線・宇都宮線）に充当され、野田線七光台検修区に配属された5104・5105編成（のち3174・3175編成）を除く26両が新栃木検修区（現・南栗橋車両管理区新栃木出張所）に配属された。その後、1986年（昭和61年）には3174・3175編成も新栃木検修区へ転属し、全車新栃木検修区所属となった。また、1982年（昭和57年）に、落葉期および積雪時における空転防止目的で、2両編成全編成を対象に散砂装置が設置された。これは空転時に運転士が運転台下部に新設されたペダルを踏むことによって動作させるもので、モハ・クハ両先頭車の運転室仕切壁面に砂箱を設置し、動作時にはモハの砂箱から電動車車軸第1軸へ、クハの砂箱から同第4軸へそれぞれ散砂される仕組みとなっている。1986年（昭和61年）12月には、2両編成のクハ3両（クハ3671 - 3673）の運転台寄り車端部に霜取り用のパンタグラフを増設する改造が施工された。増設されたパンタグラフは下枠交差型のPT-4815で、集電機能を持たない純然たる霜取り用途であった。翌1987年（昭和62年）9月にはこれらパンタグラフを撤去すると同時に、4両編成の3171 - 3173編成と2両編成全編成を対象に、今度は各編成の電動車に霜取り用パンタグラフを増設する改造が1990年（平成2年）11月にかけて施工された。対象となった電動車はパンタグラフ2基搭載仕様となり、1両で霜取り用のPT-4815下枠交差型パンタグラフと、通常集電用のPT42系菱型パンタグラフという異なる形態のパンタグラフを搭載する特異な様相となった。こちらも当初は集電機能を持たなかったものの、後年引き通し線を新設して集電機能が付加され、パンタグラフも予備品の都合上PT42系を2基搭載するよう改められた。その他、晩年にはクハ・サハの装備するKS-33L台車の老朽化に伴い、3050系の廃車発生品である日本車輌製造・W-2-18Dウィングばね台車に交換された車両も存在する。このように3000系列中、最も手を加えられつつ運用された本系列であったが、非冷房仕様であったことがネックとなり、走行機器の老朽化も目立ち始めたことから、1995年（平成7年）8月より廃車が開始された。最初に廃車となったのは4両編成の3176編成で、モハ5800形を種車とする同編成は電動車が住友金属工業製FS106ゲルリッツ式台車を装備し、編成内に釣り合い梁式台車を装備する車両が存在しない異端編成であった。本系列の淘汰は3050系と同時進行で実施され、翌1996年（平成8年）4月27日に3571・3574編成によって宇都宮線で運行されたさよなら運転を最後に営業運転を終了した。その後、同年5月9日に3571・3574編成が解体のため北館林荷扱所へ自力回送され、同日付で除籍されて本系列は形式消滅し、3000系列は全廃となった。なお、本系列は他社へ譲渡された車両は存在せず、全車解体処分された。非冷房車として最後まで残存した本系列の形式消滅をもって、東武鉄道は旅客用車両の冷房化率100%を達成した。
チンギス・カン以来のモンゴル譜代部将の子孫で、サルジウト部の出身。父のタシュ・バートルは四川・雲南方面の反乱鎮圧に活躍し宰相格の中書平章政事にのぼった軍閥である。ボロト・テムルは早くから父に従って反乱軍の討伐に活躍し、父の死後にその軍を引き継いだ。1358年には河南行省平章政事の肩書きを与えられ、河南に派遣されて開封を占拠する劉福通らの紅巾軍と戦って河南・山東の各地を転戦し、紅巾軍を打ち破って大きな戦功を残した。1359年には元の首都大都の西にある要衝大同に入城し、山西の北部から内モンゴルの南辺を支配する大軍閥に成長する。しかし、やがて劉福通との戦いにともに活躍した河南の軍閥チャガン・テムルと山西南部の太原の支配をめぐって争うようになり、この軍閥同士の争いが宮廷における皇太子アユルシリダラと、その父ウカート・カーン（順帝トゴン・テムル）の側近たちとの権力争いと結びついて深刻な抗争となった。ボロト・テムルはもうひとつの首都上都に勢力を伸ばしたために中央政府の政治と軍事を一手に握ろうと目論む皇太子アユルシリダラと不和であり、反皇太子派の重要な後ろ盾となったので、皇太子は逆にチャガン・テムルおよびその後を継いだココ・テムルと結んだ。1364年、宮廷において反皇太子派の高官が皇太子アユルシリダラによって処刑される事件が起こり、これをとりなして刑の減免を願い出たボロト・テムルも大同駐留を免ぜられる事件が起こった。これを聞いたボロト・テムルはついに決起して軍を居庸関に送り込んで大都に圧力をかけ、皇太子アユルシリダラを逃亡させるとともに政府に迫って皇太子派の高官を引き渡させた。ボロト・テムルが一旦兵を引くとアユルシリダラはココ・テムルに命じて大同を攻撃する一方、自らは大都に戻って対抗しようとしたが、かえってボロト・テムルが主力の大軍をもって大都に迫ったので、ついにアユルシリダラは大都を脱出して太原のココ・テムルのもとに逃げ込んだ。ボロト・テムルは大都に入城するとウカート・カーンから中書右丞相に任命され、全権を掌握した。大都においてボロト・テムルは宦官やチベット仏教の僧侶を宮廷から追放してトゴン・テムルの宮廷の弊を払おうとしたが、ウカート・カーンの寵臣をはじめ多くの人々を些細な罪で殺害したため、宮廷の不満を買うばかりであった。さらにボロト・テムルに帰京を要請されたアユルシリダラは帰京を拒み、翌年ココ・テムルと結んでついにボロト・テムル打倒の兵をあげた。ココ・テムルの軍が大都に向けて進軍してくると、ボロト・テムルは迎撃のために軍を送り出したが、迎撃軍はもとより戦意を持たず、アユルシリダラとココ・テムルに降った。ボロト・テムルはこれに驚き、自ら迎撃の軍を率いて出ようとしたが、悪天候のため大都を離れられず失敗した。ボロト・テムルは苦境に陥ると疑心暗鬼に陥って恐怖政治をひきはじめたので、当初よりその政権に不満を募らせていたウカート・カーンはついにボロト・テムル誅殺の密命を側近の義王コシャンに下し、コシャンは同志を集めてボロト・テムル暗殺計画を立てた。7月、上都において味方が勝利したとの報を受けたボロト・テムルはこれを上奏するために宮殿に向かったが、建物の前の樹下に伏せていた刺客たちに襲われ、殺害された。ボロト・テムルの死後、その軍閥はことごとく討ち滅ぼされてアユルシリダラとココ・テムルが政権を奪った。ボロト・テムルはその抜群の戦功にもかかわらず、内紛の中で逆臣として殺害されたので、『元史』の「逆臣伝」中に伝が残されることとなる。