1954年以降熊谷線のみで使用され、他線で使用されることもなく、また当初の3両以降の増備も行われなかった。閑散時は単行、ラッシュ時は2両編成を組んで1両予備という最低限の陣容は、廃線までの30年近く全く変わることがなく、熊谷線の閑散ぶりが伺える。この間、前照灯は通常の1灯式から、同時期の東武の電気機関車類似の2灯並列に改造され、また窓枠のアルミサッシ化、客室照明の蛍光灯化も施されている。車体塗装は落成時点では下半分がライトブルーで上半分がベージュのツートン（コバルトブルーとクリームともいわれる。本線快速列車の塗色と同じ）であったが、後にロイヤルベージュとインターナショナルオレンジのツートーン（2000系電車に始まる一般用電車標準色）に変更され、さらに1970年代中期には、東武電車の塗装変更に伴いそれらと合わせたセイジクリーム1色塗りとなった。ただしこの最後の塗装は、油煙がこびりつきやすい気動車には不向きな色であった。蒸気機関車牽引列車が運行されていた当時、熊谷 - 妻沼間10.1kmを24分で運行していたため、その鈍足ぶりから沿線乗客には揶揄混じりの「カメ」と呼ばれていた。しかし、本形式は17分で走破し、またずんぐりむっくりな車両でもあったので「特急カメ号」という呼び名で親しまれた。しかしその後「特急」の部分が取れてしまい、また「カメ号」に戻った。他の愛称としては「プッチ」と呼ばれてもいた。そして1983年（昭和58年）の熊谷線廃止とともに廃車された。キハ2002が、熊谷線妻沼駅跡の側にある熊谷市立妻沼展示館で保存されている。キハ2003は個人に売却され東船橋駅近くで学習塾として使用されたが、老朽化により解体され現存しない。全部で3両しか在籍せず、最大でも2両編成でしか運用されなかったキハ2000形だが、廃止直前に運転士達により妻沼駅構内で最初で最後の3両編成を組成して走行した。ただし、構内を出て本線を走行したりはしていない。
ディーゼルエンジンは日本国有鉄道（国鉄）の中型気動車向け標準型であるDMF13 (120PS/1,500rpm) 1基を搭載、これにやはり国鉄標準のDF115形液体変速機を組み合わせた。22tの車重に比して強力とは言えなかったが、平坦な熊谷線での運用に支障はなかった。液体変速機は1953年に国鉄が開発したばかりの最新機構だったが、この採用で、連結運転時に複数車両を先頭車から一括して制御できるシステムである総括制御が最初から実現され、合理化に寄与している。台車は戦前の気動車の流れを汲む、軽量な「菱枠形台車」TS-102を装備している。平鋼をリベット組立して構築されたペデスタル支持軸ばね台車の一種で、国鉄がより近代化された鋼板プレス部材の溶接組立台車を採用していた時期であったが、コストダウンを優先したものと見られる。ただしホイールベースの短さが災いし、乗り心地はさほど良くない。気動車用菱枠形台車は、私鉄車両向けには1950年代後半まで新製されていた。
全長16.5m、片側2扉の小型気動車で、定員109人（うち座席62人）。当時流行した正面2枚窓の湘南スタイルを採用し、側面窓にはこれも当時の流行であった上段Hゴム固定の「バス窓」を用いた。車体は軽量化のため台枠、軒桁、柱、帯、垂木に高張力鋼を使用し、断面も同時期に製造されていた電車に比較すると小さい。車内の座席はセミクロスシートである。ただし、クロスシート部の背もたれ高さはロングシート部のそれ並みの高さである。運転台は開放的な半室構造で、乗務員扉は設けられておらず、正面に向かって左側はロングシートが先頭まで伸びていた。
インド洋北部は、モンスーン（季節風）の影響が強く、夏は南西から北東に（東アフリカ方面からアラビア・インド方面に）、冬は北東から南西に風が吹く。海流も季節風の影響を強く受けて、夏は時計回りに、冬は反時計回りに海流が生まれる。この時期によって一定の方向へ向かう風と海流は帆船の航行に向いていた。さらに、季節によって方向が変わるので、ある季節に出かけた船は、風向きが変わる季節に帰ってくることができる。この季節風の性質を利用して、東アフリカ・アラビア・インド間で紀元前から交易が行われてきた。まず最初にインド洋で貿易が始まったのは、メソポタミア文明とインダス文明の間においてだった。ウルなどメソポタミア文明の諸都市からは、船によって運ばれたハラッパー製の人工物が発掘されている。紀元前6世紀にはアケメネス朝ペルシアのダレイオス1世によってアラビア半島からインダス川の探検が行われ、さらにアケメネス朝を征服したアレクサンドロス大王もインダス川からユーフラテス川までのインド洋をネアルコスに航海させている。こうした探検の結果、インド洋交易は盛んになっていった。このころまではインド洋交易は大陸沿岸に沿って進むものであったが、紀元前120年から紀元前110年の間に、キュジコスのオイドクサスという航海者が紅海から大陸沿岸を経由せず直接インドへと向かう航路を開発し、以後この沖乗り航路が有力な航路となっていく。紀元1、2世紀ごろに書かれた『周遊記』によれば、ギリシアの商人ヒッパルスがインド洋の季節風を利用し、アラビアからインドへ沖合を航海したことから、南西風をヒッパルスの風と呼んでいたとされる。そして、紀元後40年から70年ごろに『エリュトゥラー海案内記』が書かれる。この本には当時ローマ帝国領であったエジプトの紅海沿岸からアラビア半島、インド西海岸にいたる紅海ルートと貿易港が記載され、当時季節風を利用したローマ帝国と南インドのサータヴァーハナ朝などの諸王朝との交易の実態を示している。他にもアラビアのモカ（イエメン）の港から、多数の船が東アフリカに向かっていたこと、インド、マレー半島、中国の記述がある。インドからマレー半島へと向かうベンガル湾の航路、およびそこから中国へと向かう航路もほどなくして確立され、ここに「海のシルクロード」と呼ばれる東西通商路が完成した。166年には大秦国王安敦（ローマ皇帝アントニヌス・ピウス、またはマルクス・アウレリウス・アントニヌスに比定される）からの使者と称するものが後漢王朝最南端の地である日南郡（現在のベトナム・フエ周辺）に到着したとの記述が後漢書にあり、この時までにはインド洋の横断交易ルートは確立していたことがうかがえる。5世紀初頭には法顕が、セイロン島からの帰路に海路を取り、ベンガル湾から広東へとたどりついた。671年には義浄が広東からシュリーヴィジャヤを通り、インドのナーランダー僧院で仏典を学んだ後シュリーヴィジャヤ経由で帰国し、『南海寄帰内法伝』や『大唐西域求法高僧伝』を著した。また、この航路によりインドから東南アジアにヒンドゥー教や仏教が伝わった。