まず1958年（昭和33年）に最初の3両が大糸線で関西電力黒部川第四発電所の建設資材輸送を行う目的で製造された。このとき、電源開発が利用債を引き受けている。1号機が三菱電機・新三菱重工業、2号機が川崎電機製造・川崎車輛、3号機が東洋電機製造・汽車製造で製造された。その後、1959年（昭和34年）から1960年（昭和35年）にかけて、東洋・汽車および川崎で4 - 8号機までが製造された。しかし軸重が旧形の中形機に比べて重く、また消費電力が大きいため、特に支線区では軌道負担力や変電所容量が不足するなどの問題点もあり、それ以降の追加製造は見送られた。
新設計のPS17菱枠形パンタグラフが2基搭載されている。これは電車用のPS16に対応するモデルで、国鉄電車標準のばね上昇式から国鉄電気機関車標準の空気圧上昇式に変更したものである。
台車はシンプルな軸ばね式のプレス材溶接構造2軸ボギー台車であるDT106が採用され、旧型機にあった先輪・従輪は廃止された。なお、本形式は軸重14 tとして設計されているが、台車はED61形と同じ軸重15 tを許容する構造となっており、後の阪和線運用ではこの余裕を生かして死重の追加搭載による軸重15 t化が実施されている。
電気機関車では一般的な、電空単位スイッチによる手動加速制御器を搭載し、これにバーニヤ制御を追加することでスムーズな加速と再粘着性能の向上を実現している。重連総括制御に対応し、直列11段、並列9段、弱め界磁4段よりなり、前述の通りED61形とは異なり、電力回生ブレーキ機構は省略されている。
主電動機は新規設計の直流直巻整流子電動機であるMT49（端子電圧750 V時1時間定格出力390 kW・定格電流575 A・定格回転数1,180 rpm）を各台車に2基ずつ、1両当たり計4基搭載している。この大出力主電動機の搭載により、コンパクトなD形電機でありながら、旧型F形電機と同等の性能を実現した。この主電動機は電機子の巻線を波巻から重ね巻に変更、絶縁種別をB種からF種（電機子）およびH種（界磁）に変更して高定格回転数とすることで磁気回路の容量を削減しつつ出力の向上を実現しており、従来のEF15形やEF58形で標準的に採用されていたMT42（端子電圧750 V時1時間定格出力325 kW・定格電流470 A・定格回転数800 rpm）と比較して電動機重量が3.8 tから2.2 tへ減少しているにもかかわらず出力が23 %増となっている。また、設計技術の進歩により弱め界磁率も最大60 %から40 %に引き上げられており、これにより高速走行時の出力特性の改善も実現している。駆動方式は当時の新形式電気機関車に多く採用されたクイル式となっており、歯数比は5.466 (82:15) である。
警察電話（けいさつでんわ）とは、警察の専用線業務専用通信回線及びこれに接続された電話である。警察内部では警電（けいでん）と略称される。その運用については、警察電話要則（平成14年12月11日警察庁訓令第13号）に規定されている。警察庁から末端の交番・駐在所に至るまで全ての警察機関、他には警察専用の自動車電話・携帯電話たる移動警察電話までがこの回線に接続されており、固有の番号をダイヤルするだけで直接通話が出来る。警察機関だけなく、警察と密接に関係している関連機関にも設置されている（警視庁職員信用組合や、警察共済組合が運営する保養施設、NEXCOの道路管制センターなど）。また、各行政機関等へ出向している警察職員の席には、専用の警察電話回線が引かれていることが多い。基幹回線には警察無線のデータ通信端末も接続されており、こちらはWIDE（Wireless Integrated Digital Equipment―統合デジタル無線機器）システムと呼ばれる。警察電話の[電話番号]（警電番号）は「都道府県番号（3桁）-所属番号（3桁）-個別番号（3桁）」の9桁で構成されている。同一都道府県内・同一所属内の警察電話にかける際は、それぞれ都道府県番号・所属番号までが入力を省略できる。例えば警察署から交番にかけるときは交番の警電番号3桁を、都道府県内の別の警察署にかけるときは所属番号と個別番号の6桁をそれぞれダイヤルすることでかけることができる。110番も本来この一つで、これは通信指令室の受付番号である。他には照会センター（各種手配情報を蓄積している）の番号である“123番”などがある。照会センターの警電番号は全国共通であり、警察電話から123番にかければその都道府県警察の照会センターにつながる。ちなみに、警視庁系列である東京警察病院には、警察電話からなら局番なしの68700でつながる。交番の中で警察官が使う電話の他、カウンターに設置されている「緊急通報用電話」（警ら等で警察官不在の場合、緊急で交番を訪ねた人が使う）がこの回線の端末の一つであり、受話器を取ると、上位警察署の受付台ではどこの交番からの発信か、直ちに確認出来る様になっている（呼び出し専用電話なので、交番によっては電話機ではなくインターホンの親機を用いているところもある）。公衆交換電話網とも相互接続されており、警察電話の電話機で一定の操作をすることにより、固定電話へ直接発信することができる。