CH-47Dは、A-C型までの既存の旧型機に大幅な改造を施した型である。外板と内張りを剥がしてフレームやビーム、バルクヘッドなどを総点検して腐食や亀裂箇所は交換され、エンジンとアビオニクスも一新された。3機が新造された他は既存機444機を改造したので、CH-47D型は合計447機となった。既存機のCH-47D型への改造数は米国内での分でCH-47Aからが165機、CH-47Bからが76機、CH-47Cからが185機であり、オーストラリア空軍のCH-47Cでも7機、エリコッテリ・メリディオナーリ社生産分のCH-47Cで9機であった。D型からは後部ローター基部の前面に大きなトランスミッション・ギア冷却用のエアインテークが開口しているため、識別点となっている。1981年-1993年までの12年間に渡り改造を行ったため、アビオニクスについては初期と終期で差異がある。暫定的な特殊作戦用ヘリであったMH-47Dにはペンディックス・キング社製のRDR-1300 気象レーダーが搭載されていた。またオランダ空軍のCH-47Dは、気象レーダーやEFISなどを導入した独自の仕様となっている。
1型は1944年から就役して陸軍船舶司令部直轄(暁部隊)の第一・第二潜航輸送隊に配備され、フィリピン(比島派遣隊)、硫黄島・八丈島を始めとする伊豆諸島(東京派遣隊)、沖縄を始めとする南西諸島(口之津派遣隊)、朝鮮半島方面(御厨派遣隊)への補給任務を行った。1型は小型なこともあり、要目表に現れない居住性能は劣っていた。全長がほぼ同じ波一〇一型と比較しても全幅が2m以上も狭かった事も居住性や積載性の悪化に繋がっており、ゆ 1001級では配管や配線類の配索を原設計から大幅に変更する事により内部空間の確保に努めていた程である。中島篤巳『陸軍潜水艦隊 極秘プロジェクト! 深海に挑んだ男たち』によると、便所はドラム缶を使用したために艇内に臭気が充満していた。各国海軍の潜水艦では専用の便所が備えられ、汚物は圧縮空気で外部に排出できるようになっており、日本海軍でも、一部の旧式艦を除いては各国同様に潜航中も使用可能な水洗式便所が備えられていた。狭いまるゆは艇長室でさえ1畳大の広さしかなく、乗組員達は「本物の」潜水艦に出向く度に、その「広さ」にため息をついた。海軍潜水艦が備えていた各種の潜水艦専用装備も欠いていた為、潜航の際の深度調整なども全て乗組員の操船技術のみに頼っており、急速潜航の際に安全深度を突破して冷や汗を掻いた事例や、浅海の海底に激突しながらも圧壊は免れ、九死に一生を得た逸話などにも事欠かなかった。自軍とも連合軍とも異なる小型の潜水艦が素人めいた操艦でノロノロと航走する様は海軍軍人や日本の民間船員の目からもいささか奇異に映ったようで、1944年7月に比島派遣隊所属の1型がフィリピン到着後に日本海軍の軍艦から「汝は何者なるや？潜水可能なるや」と味方艦艇としてまともに認識されていない打電を受ける（軍艦について詳細後述）。1型側はこの些か侮蔑めいた誰何に対し、「帝国陸軍の潜水艇也。（潜水の可否については）返答の要を認めず。」と言い返しめいた返電をした。同年9月9日には朝鮮半島群山沖の日本郵船所属の改E型戦標船「伊豆丸」が、御厨派遣隊所属のゆ 3001級を敵艦と誤認して体当たりを行い、双方共に船体を損傷する同士討ちが発生、1944年12月30日にはフィリピン沖にて海軍の第一〇八号型輸送艦が2隻の1型を敵艦と誤認して攻撃態勢に入るも、相手が余りにも小型であり特段何もしてくる様子も無い為にそのまま見逃しており、結果として陸海軍間での同士討ちを免れるといった様々な珍事が起きている。なお、本級は日本海軍艦艇の軍艦旗である旭日旗とは異なる陸軍風の日章旗を掲げ、あるいはセイルに描いて運用され、このことも混乱に拍車をかけた。第二次世界大戦中に陸軍で潜水艦を建造・運用させていたのは日本陸軍だけである。そのため、潜航輸送艇は日本の陸海軍の意思疎通と連携の悪さ、日本陸軍の縦割り意識、日本海軍の艦隊決戦偏重などの弊害例として挙げられることが多い。高松宮宣仁親王（軍令部大佐、昭和天皇弟宮）は以下のように評価している。陸軍ノ輸送潜水艦（250Ｔ）三隻、門司発、二十四日頃島ヅタヒニ「マニラ」ニ出発ス。ツマラヌカラ止メテ海軍ト一緒ニヤレト云ツテモ、片意地ハツテ国家的ニ大キナムダヲシテヤツテヰル。使ツテミテツマラヌト認メナクテハワカラヌトハ困ツタモノナリ。平時デナイノダカラ、ソンナ遊ビ半分ミタイナノハ不忠ナ話ナリ。 — 高松宮日記　第七巻　451ページ日本海軍も伊三六一型潜水艦(潜輸大型、丁型)、波一〇一型潜水艦(潜輸小型)などの輸送用潜水艦を建造しているが、いずれも竣工自体は1型よりも1年以上後の事である。伊号第三五一潜水艦(潜補型)や伊号第三七三潜水艦(丁型改)、丁型改2潜水艦などネームシップのみの竣工で同型艦の多くが未成に終わったもの、計画のみに終わったものも少なくない。1型、特にゆ 1001級はこれらの海軍輸送潜水艦と比較しても速度性能や潜航深度では極端な性能差は無かったものの、積載できる物資が少なかったことや航続距離が短かったことから、ほどなく2型の開発が行われた。2型は従来の七研から1944年5月に新設された海運資材開発を専門とした第十陸軍技術研究所(十研)へと移管され、海軍の協力のもとに開発されたが、就役を待たず終戦を迎えた。1型も戦没や事故などで5隻を喪失し、終戦時に現存した35隻は、戦後全て米軍により海没処分された。