登場後は急行系運用に幅広く投入された。多くの優等列車運用では本系列3両×2本で6両編成を組んで運用されていたが、当時は急行・準急運用の一部に5両編成が残っていたため、本系列に3501形2両や7801形・7861形2両を併結して5両編成を組成して運行されることもあった。7801形や7861形と併結されたときは、本系列の回生ブレーキは作動するが、抑速ノッチは作用しなかった。また、1986年から1993年にかけては7801形と7861形で3両ユニットを組んだ編成とも6両編成を組んで運用されていた。その後、本線の急行系運用が6両編成化され、7801形と7861形で3両ユニットを組んだ編成が廃車されると、以後は本系列の連番2本を連結した6両編成で運用され、実質固定編成化された。このとき中間に入った3101形および3201形は、幌を先頭車用のものから中間車用の1枚幌に換装されたほか、3102F+3101Fの編成以外は大阪方に奇数番号の編成+神戸方偶数番号の編成で6両編成を組成したことから、3102・3201の2両を除いて旧3521形改造の先頭車はすべて中間に入り、それまで先頭に立つ機会もあった旧3521形後期車改造の車両も営業運転時に先頭車として運用されることはなくなった。この他、時期は不明であるが3201 - 3206に搭載の空気圧縮機を3207以降と同じC-2000-Mに換装している。
主電動機は、東洋電機製造製の直流複巻整流子電動機であるTDK-8175-A（1時間定格出力110kW）に換装した。制動装置は回生ブレーキ併用のHSC-Rに換装され、制御装置は三菱電機製の界磁チョッパ制御装置であるFCM-118-15MRHを3101形に装備した。補助電源装置は7901形が搭載していた110kVAのCLG-350-Mを、改造後も3001形に継続して装備し、空気圧縮機は7901形から流用したDH25-DまたはM-20-Dを3201形に2基搭載したが、3207以降はC-2000-Mに換装された。台車は種車の住友金属工業FS-341およびFS-341Tを流用、3001形は3201形になる7801形・3521形にFS-341Tを譲り、自車は逆にFS-341に換装した。
外観については大きな変化はなく、3521形後期車から改造された車両の外観は種車同様前面雨樋が埋め込まれているほか、車体断面や冷房装置取り付け高さも7801形および3521形前期車から改造された車両と異なっている。内装は荷物棚が網棚からパイプ製のものに交換されたほか、化粧板も当時の阪神車両の標準であった緑系の格子柄のものに更新された。3107F以降6編成の内装は、8000系と同じベージュ系の化粧板に更新された。
編成は梅田方から3101 (Mc)  - 3001 (M')  - 3201 (Tc) で、種車のMc-T-Mc編成とは異なり、中間車を電装改造して神戸方先頭車の電装を解除することでMM'ユニットを組むこととなり、制御装置の改造に併せて回生ブレーキも搭載し性能の向上・省電力化を図った。編成中の7901形全車に電装改造を実施して中間電動車の3001形としたが、3101形と3201形については、大阪方の7801形、3521形の奇数車とも制御電動車の3101形とし、神戸方の3521形・7801形偶数車の電装を解除して制御車3201形とした。3101形と3201形の連結寄りに種車同様パンタグラフを各1基装備した。回生ブレーキ作動時の離線対策のため、Tc車の3201形にもパンタグラフが存置された。また、編成中間のバンドン型密着連結器は棒連結器に換装されている。
1983年9月に3101Fと3102Fの2本が竣功し、1年に1 - 2編成のペースで改造が行われ、1989年7月に登場した3111Fが登場して全編成の改造が完了した。
クイズ出題の前に、1 - 9の数字が書かれた9枚のパネルの中から両者が1枚ずつ「ノックアウトマーク」（ボクシンググローブをびっくり箱風にイラスト化したもの）を入れる（入力時に「ポッ」の音が入るが、区別をつけるため音程は高音と低音に分かれている）。クイズの形態は早押し形式。お手つき・誤答の場合は相手側に解答権が移る。正解が出た場合、正解できなかった解答者がパネルを1枚選択する。開いたパネルにサイコロのマークが表示されていれば「セーフ」となり、再びクイズが出題される。「ノックアウトマーク」が表示された場合は正解数関係なくその時点で敗退となる（8枚目までセーフだった場合は、最終問題で正解すれば自動的に勝ち抜けとなる。この場合、正解できなかった解答者は自動的に「ノックアウトマーク」が表示され、そのまま敗退となる）。両者不正解の場合は、両者の解答席の間にある「×マーク」が点灯する（この状態を「×マークがプールされる」と呼ぶ）。プールされている場合、その後の問題に正解できなかった解答者はパネルを1枚+プールされた×マークの数だけ選ばなければならない（×マークはパネルが開いた段階で消灯する）。相手がどこにノックアウトマークを入れたかはわからないようになっているため、両者が同じパネルにマークを入れるケースもあり、その場合はノックアウトマークは1つだけとなる。どこにマークを入れたかは、土居にもわからないようになっていた。そのため8枚目もセーフだったとき（両者が同じパネルにマークを入れていた）は土居も驚くことがあった。ただし、最初期と最末期ではノックアウトマークを入れた番号が視聴者向けにテロップ表示されていた。なお、8枚目のパネルをめくることになった挑戦者は相手も同じパネルにマークを入れていることを祈って自分が入れていない方のパネルをコールすることが多かった。解答者がパネルの番号を言った後、観客が手拍子をしながら「セーフ〜!!セーフ〜!!」あるいは「アウト!!アウト!!」のコールをかけるのがお約束だった。勝ち抜き賞金は一律3万円。誤って自分がノックアウトマークを設定した番号を言ってしまって負ける解答者もいた。問題は土居自らが読み上げるため、問題と正解の書かれたカードは舞台裏から機械で土居の下に送り込まれてくる。舞台中央の小さなボックスからカードが飛び出す仕組みとなっており、カードが出る際にサイコロ模様のランプが点灯し、土居がカードを取り出すと消灯する。