荒川線のワンマン化に伴い、残存する本形式は大半が廃車となったが、唯一6152のみが応急車として残された。この際、台車が初期型のD-10から廃車になった車両のD-16に振り替えられたとされる。当初は車内には工具などが置かれており、営業運転は行っていなかったが、1986年（昭和61年）にステップを改造、保安ブレーキと放送装置を新設して再度営業車として復帰した。その後、1988年（昭和63年）には車体更新が行われた。この時の更新では、新たに補助電源装置である電動発電機（MG）を取り付け、室内灯を直管蛍光灯に変更。またドアエンジンを撤去し、車体塗装を1950年代の深緑と淡黄色に似せた「金太郎塗り」に塗り変えた上でイベント車両として運用された。1993年（平成5年）3月6日に臨時検査が行われることとなり、一時運転が休止された。その頃の同車は所々で塗装が欠落し、黄色い下地が散見していた。同月20日、検査を終えた同車は再び営業運転に復帰した。この時に車体の修理・再塗装が行われ、塗色を従来の濃緑から黄緑に近い淡い緑に変更、室内灯も直管蛍光灯からカバー付きの輪形蛍光灯に変えられた。1994年（平成6年）頃から、車体側面の車体番号の前に東京都のシンボルマークである銀杏マークが入れられた。同年3月には電車無線が取り付けられ、扉脇に「93」という識別番号が記入（由来は「一球さん」の「きゅうさん」）されるなど、時代の流れに合わせて少しずつその状態を変えていった。前照灯が1ヶ所であることから「一球さん」と呼ばれ、長く親しまれて運用されていたが、京福電気鉄道（現・えちぜん鉄道）の衝突事故（京福電気鉄道越前本線列車衝突事故を参照）後、ブレーキ系統が1系統しかないことが問題となった。また、改修する場合、その費用に3,000万円を要するとの試算が発表された。しかし、財政難の東京都にはその費用を負担できないため、2000年（平成12年）12月に休車となり、翌2001年（平成13年）12月に廃車となった。無線識別番号の「93」は、2015年に登場した8900形8903の識別番号として復活している。廃車後、保存を求める声が多数寄せられたため、解体処分は行われなかった。しかし、同車を荒川車庫構内で静態保存する場合、改修費を含めて5,000万円を要するということが明らかになり、荒川車庫内での保存を断念（荒川車庫内での保存は2008年6月の6086号まで待つことになる）。その後、譲渡先をインターネットで公募し、複数の候補の中から選ばれたあらかわ遊園に2003年4月6日から静態保存された。その後荒廃が進んだため、2007年（平成19年）に大規模な整備が行われた。その際、車両番号の書体が若干異なるものに変わっている。東京都交通局は、本形式に代わるイベント車両として9000形を新造し、2007年5月27日から荒川線で営業運転を開始した。
その後、大半の車両が都電荒川線以外が全廃されるまでに廃車され、1972年（昭和47年）11月以降は、わずかに残った13両 (6063,6080,6086,6152,6181,6189,6191,6209 - 6213,6219) が荒川車庫に集結した。当初は朝夕のラッシュ時の増発として運用されることがほとんどだったが、7000形が荒川線のワンマン運転化に伴う車体更新のために荒川車庫から搬出されたことにより、晩年には終日営業運転に使用されていた。
第8号機の地球再突入実験機「EXPRESS」は、予定の軌道投入に失敗した。8号機のノーズフェアリング内重量は、カタログ上の低軌道打ち上げ能力ギリギリであるEXPRESSの重量765kgにキックモーターKM-Mが上乗せされるという過去に経験したことのないものであった。しかも、今回の飛翔マニューバーは、前例の少ない「第三段を軌道上に乗せず、海上に落とす」ものであった。M-3SIIの第3段とキックモーターは無誘導であるため、キックモーターの使用は「無誘導に無誘導を重ねる」事となり、軌道誤差が大きくなる。そこでM-3SII 7号機まででは、第3段までで最低限の地球周回軌道成立を保証し、キックモーターで軌道成立後の追加加速を行うように飛翔マニューバーを設計していた。このマニューバーでは、キックモーター燃焼後に時間を掛けて衛星側のスラスタで軌道誤差を修正すれば予定軌道投入に対するロバスト性を確保できる（実際「ひてん」では第3段とキックモーターの製造バラツキに起因する軌道誤差のため、軌道投入後、運用計画自体が大変更されている）。しかし、8号機では、後述するように近地点がぎりぎりの軌道であるにも関わらず、第3段とキックモーターを重ねてダイレクトに軌道投入する予定であった。よって、8号機の飛翔にあたっては、軌道設計の面で余裕が無く、不測の事態が発生した際のロバスト性が確保されていない事が懸念されていた。軌道設計面におけるロバスト性のみならず、8号機はノーズフェアリング内重量と地上との風との兼ね合いにより、M-3SIIの飛翔制御能力におけるロバスト性も確保されていなかった。8号機は、順調に飛翔したとしても、飛翔中にロケットが風に流された結果、第1段のTVC燃料が尽きて第1段の燃焼後半が無誘導状態となり、この飛翔誤差を第2段のTVCを限界まで駆使することにより修正する事態すら予定されていた。つまり、不測の事態が発生しなくとも、第1段と第2段のTVCの燃料はそれぞれギリギリであったと言える。このようにISAS側では、「8号機は、軌道設計の見地からも、飛翔制御の見地からも「不測の事態」が許されず、何もかもが余裕の無い飛翔マニューバーである」ことが事前に解っており、危惧の声があった。しかし8号機は文部省と通産省との共同プロジェクトであるため、強引に押し切られてしまった。そのような危惧のもとで打ち上げられた8号機では、あまりに重いノーズフェアリング内重量のため、第2段目と第3段目の結合部を中心に機体が予期しない震動を起こし、この震動を制御するために噴射した第2段誘導装置のTVCの噴射間隔（噴射間隔は固定であり可変できなかった）と震動周期が偶然共振した。このため震動を制御できないまま第2段燃焼中にTVCの燃料が尽きて一時的に第2段が無誘導状態となってしまった。その結果、衛星の近地点高度が計画値より約100km程低下した。一般に衛星軌道が成立するためには最低でも約 200km程度の高度が必要である。元々EXPRESSで予定されていた近地点高度は 210 kmというぎりぎりの計画であったが、打ち上げ後にEXPRESSの電波の受信に成功したことから衛星軌道は成立したと考えられた。しかし2周目の電波は確認できなかったことから、EXPRESSは地球を2、3周したのち太平洋に落下したとISASは予想した。機体は10ヶ月後にガーナで発見され、大気圏再突入は成功が確認されたが、一方でEXPRESSがどのような軌道を辿ったかについては謎を残した。