本形式は当初の目的どおり伊丹線に投入されて47形を置き換え、1924年に開業した甲陽線でも使用された。時には今津線でも運用されたことがある。1926年には集電装置をパンタグラフに換装、同時にフェンダーを撤去した。1927年には90形の就役に伴い、今津線から40形が伊丹・甲陽両線に転入すると、本形式が押し出される形で箕面線に転出、さらに1930年には、今津線用に1形1 - 6が転入してくると、今度は余剰となった40形が箕面線に転入し、それと入れ替わる形で本形式が甲陽線に転出した。この他、1928年には当時在籍の各形式同様、暖房装置を取り付けている。この時期の変わった運用としては、大阪市内の併用軌道区間を活用した北野線向けに大阪市電から購入した151形の運用開始前に34形とともに同線の運用に充当されたほか、1927年には能勢電気軌道から34形とともに本形式の借用依頼を受けて、同社の多客期に貸し出していた。その際にはパンタグラフをトロリーポールに換装し、フェンダーを再装着している。甲陽線に転出した後は、1939年に灯火管制工事を実施されたが、太平洋戦争中にはそれ以外の改造や戦災を受けることなく終戦を迎えた。戦後も甲陽線で運用されていたが、1946年に37を箕面線用の連合軍専用車として整備・使用することとなり、再塗装のうえウインドシルの下に白帯を巻いて前面には｢特別 SPECIAL」と記した運行標識板を取り付けた姿に整備されて、同年11月13日付で甲陽線から箕面線に移動して、連合軍専用車として使用されることとなった。残る38・39の2両はその後も甲陽線で使用されていたが、1948年になると甲陽線運用に1形が進出すると小型で直接制御の本形式は余剰となったことから能勢電気軌道に貸し出されることとなり、同年6月に38・39の2両が同社に貸し出された。その後本形式は全車能勢電気軌道が購入することとなり、10月1日付で37 - 39の譲渡契約を締結した。契約では38・39の2両を先に譲渡し、37については連合軍専用車の指定解除後2週間以内に譲渡することになっており、それに従って38・39の2両が1948年中に同社に譲渡され、残る37も1949年初頭に連合軍専用車の指定を解除されると譲渡された。
架台車は三菱重工業、砲塔は日本製鋼が製造した。砲塔の左右にスイスのエリコン社製35mm対空機関砲KDAを1門ずつ、2門装備し、砲塔上部の後方にパルス・ドップラー方式の索敵レーダーと、追尾レーダーが配置されている。後上方の水平棒状のものが索敵レーダーのアンテナ、前を向いた皿状のものが追尾レーダーのアンテナである。アンテナは畳むことで車高を抑えることが可能。光学照準システムはバックアップ用であるが、映像システム、TVカメラ、低光度TVカメラ、赤外線映像装置、レーザー測遠機が搭載され、夜間の電波妨害下においても行動が可能となっている。防御装置として発煙弾発射機を砲塔基部左右に装備しているが、前期型は三連装、後期型は四連装と異なっている。消費電力の大きいレーダーを同時使用するため、車体前部右側には搭載機器の電力を補う補助動力装置（APU）が搭載されている。車体の左右側面には多くの点検用パネルが設けられ、様々な機器が収納されている。74式戦車の車体を利用し重量も同等であるため随伴行動が可能である。また車体サイズが74式と同等であるため分解せずに73式特大型セミトレーラで運搬が可能である（接触防止のためアンテナは畳む）。なお後に開発された90式戦車とは機動力に差があり一体運用に支障がある。対空用の徹甲榴弾・榴弾（近接信管無し）を用意しており、また、対地攻撃用にAPDS-T（装弾筒付曳光徹甲弾）をも準備している。搭載する機関砲は地上目標に対する水平射撃も可能であり、74式と同様の姿勢制御により走行中や斜面からの射撃も可能にしている。同じ機関砲を使用するエリコン社製35mm2連装高射機関砲 L-90と比べると有効射程や命中公算（命中精度）が向上している。ドイツ陸軍のゲパルト自走対空砲と同様の索敵レーダー、追尾レーダー配置を理想としていたが、ゲパルトのレーダー配置は特許であるため、特許に抵触しない位置に設置されている。35mm機関砲の命中率は優れているものの、射程は戦闘ヘリコプターや航空機に搭載されるミサイルや誘導爆弾より短いため、アウトレンジ戦法により破壊される可能性が大きく、現代の戦場では実用性が低いとも指摘されている。対策として特性の異なる地対空ミサイル（SAM）と相互に補い合うこと（ガン・ミサイルコンプレックス）や、背の高い草地などに潜み待ち伏せすることで防空能力を発揮する装備品と位置づけられている。射撃管制装置や各種レーダーも搭載した高性能な自走高射砲だが、15億円超という高額な調達費から年に数両しか導入ができず（平成6年調達数2両、平成16年調達数1両）、2002年度契約で調達を終了、計52両で生産を終了した。教育部隊以外の配備先は、第7師団の第7高射特科連隊及び第2師団の第2高射特科大隊第3中隊のみの少数に留まっている。海外では自走高射砲に携帯式防空ミサイルシステムの車載型など小型SAMを追加装備し単独でガン・ミサイルコンプレックスをなし得るハイブリッド方式とする改修が行われている（ゲパルトはスティンガーミサイルを追加した）が、87式は改修が行われる前に生産が終了し予算も付かないため、別途、地対空ミサイルを搭載した車両が必要となるなど、調達費に加え実質的な運用コストも上昇している。後に配備された89式装甲戦闘車は歩兵戦闘車であるが、対空射撃が可能な90口径35mm機関砲KDEに加え2基の79式対舟艇対戦車誘導弾発射装置を装備したハイブリッド方式で設計されている。