国鉄キハ58系気動車
キハ58系気動車（キハ58けいきどうしゃ）は、日本国有鉄道（国鉄）が1961年に開発した急行形気動車（ディーゼル動車）である。
1969年まで大量に増備され、1960年代から1980年代にかけて幹線・ローカル線を問わず、日本全国で急行列車を中心に投入された。
なお、本項の「キハ58系」という表現は、同一の設計思想により製造された気動車を便宜的に総称したもので、制式のものではない。広義には、北海道用の「キハ56系」、碓氷峠通過仕様（横軽・アプト区間対策車）の「キハ57系」を含むが、本項では、主に狭義の「キハ58系」について記述する。具体的には、キロ28形・キロ58形・キハ28形・キハ58形・キユ25形の5形式およびこれらの改造車を指す。
また、本項では富士急行の自社発注車や他社譲渡車についても解説する。
1960年代に、蒸気機関車牽引列車を置き換え、スピードアップと居住性改善を図る無煙化を目的に大量製造された。幹線・ローカル線の別なく、日本全国に気動車急行列車網を完成させた車両群である。
1970年代以降は、幹線電化の著しい進展に伴い、急行列車の電車化さらには特急列車への格上げが進められたことから、気動車急行列車は徐々にその運用域を狭め、1980年代以降は、ローカル線の普通列車用として多くが転用されている。
1987年の国鉄分割民営化時には総数の約2/3がJR各社に引き継がれ、その多くは近郊形化改造やワンマン化改造を施した上で非電化ローカル線の普通列車に運用されたり、座席のグレードアップを施して地方幹線の快速列車などに運用される一方、一部の車両は「ジョイフルトレイン」と呼ばれる団体専用列車用に改造された。しかし老朽化や後継形式の増備、および赤字ローカル路線の廃止に伴って淘汰・廃車が進行し、最終増備車の製造から40年以上が経過した2011年時点では、一般車は運用を終了し少数の波動用車両と保留車が残っているのみである。
1950年代後半以降、動力近代化によって気動車による準急列車が日本各地で運転を開始し、スピードアップや居住性改善に大きな効果を上げると非電化主要幹線の急行列車についても蒸気機関車の牽引する客車による列車から気動車に切り替えようという動きが起きた。
当時の準急列車用気動車であるキハ55系は、走行性能面では当時必要な水準を満たし、一部はいち早く急行列車に投入されたものの3等車には独立した洗面所がなく、2等車はリクライニングしない回転クロスシートであるなど、急行列車用としては接客設備面で従来からの客車と比較した場合見劣りする欠点があった。そこで、キハ55系と同等の走行性能を持たせつつも、急行列車用として十分な設備を持った気動車を開発することになり、設計・製造されたのが本系列である。
なお、開発過程では、1959年（昭和34年）に試作された大出力エンジン気動車のキハ60系や、1960年（昭和35年）に登場した日本初の特急用気動車のキハ80系での経験がフィードバックされている。
一般に「広義のキハ58系」として扱われるのは、北海道用の耐寒耐雪型「キハ56系」・信越本線用の空気バネ台車装備車「キハ57系」・本州以南向けの標準型である狭義の「キハ58系」の3系列である。これらの広義のキハ58系全体の製造両数1,823両は、日本のディーゼル動車としては史上最多で、一時は国鉄在籍気動車総数の3割を占めたこともあった。製造メーカーは、新潟鐵工所・富士重工業・日本車輌製造・帝國車輛工業・東急車輛製造の5社である。
上記のほかに、新製形式としてキユ25形が存在する。詳細については後述する。また、改造によって誕生した形式や区分番台については改造・更新項目を参照のこと。なお、電車とは異なり半室ビュフェ車の製造は行われなかった。
ベージュ（クリーム4号）を地色とし、窓周り・裾部・雨樋をスカーレット（赤11号）に塗り分けた車体塗色を採用した。
気動車としては、特急形のキハ80系に次いで広幅車体ならびに浮床構造を採用した。車体幅はキハ55系と比較して100mm拡幅され2,944mmとなったため車両限界に抵触しないよう裾部は絞り込まれたほか、曲線区間での車体偏倚発生で雨樋が車両限界外へ膨らんで地上設備に抵触することを防ぐ意図から、国鉄車両としては比較的採用例の少ない張り上げ屋根構造とされた。これにより雨樋は屋上肩部に配置され幕板が広がった。
正面形状は気動車ではすでに標準化していた貫通路を配置するほか、同時期に製造されていたクハ153形500番台の設計思想を取り入れ踏切事故に備えた高運転台構造の採用ならびに貫通路上に列車種別表示幕を設置した。ただし、前照灯は運転台上部左右に振り分けられた小型シールドビーム2灯式としたほか、コストダウンにより前面窓は後年まで急行形・近郊形電車で標準となった車体隅部に回りこむ曲面ガラスによる「パノラミックウィンドウ」の採用は見送り、車幅外側一杯までの幅を持つ平面ガラスとされ、車体下部のスカートも省略された。
客用扉もキハ55系より広い850mm幅に拡大。さらにキハ55系では車端部設置とされたトイレとキロハ25・キロ25を除いて独立した洗面所を持たない簡易仕様から、本系列では車端部をデッキとし、車室との間にトイレ・洗面所を設置した。ただし、キロ28形300・500番台（4VK発電装置搭載車は+2000）のみ車端部デッキ外に設置する設計変更が実施された。
走行エンジン2基搭載のキハ58形・キロ58形では、床下機器の艤装スペースが狭小のためトイレ・洗面所用水タンクを屋根上に搭載した。
水平シリンダー型エンジンを採用することで、床下側面からのエンジン整備が可能となり、在来型気動車に設けられていた車室内床面の点検蓋は廃止された。これにより静粛性と居住性が高まった。床の表張りは本州以南向けはビニール張りとし、北海道向けキハ56系のみは木板張りとして、保温性と雪靴の滑り止め金具に対する耐久性が高められた。また、従来は客室中央壁面で立ち上げられていた排気管を客室外の車体両端に移設し、車内の見通しと見栄えを良くしている。これらの改良は、先に開発された特急形のキハ80系に準じたものである。
2等車（現・普通車）は、大きな1段上昇窓と向かい合わせの4人掛けクロスシート（ボックスシート）を10窓分備えるが、運転台側戸袋部のみ2人掛けが1列があり、合計定員は84名となる。車体幅が広がったことで、急行形電車と同様に窓側に肘掛幅分のスペースが確保され、窓枠下には栓抜き付きの小型テーブルと大型灰皿を設置した。従前の気動車では、一般に白熱灯が照明に用いられてきたが、本系列では40W直管蛍光灯を採用し車内を明るくした。
1等車（現・グリーン車）は、急行列車用1等客車で標準となっていたリクライニングシートならびにサロ152形同様の1段下降式2連型側窓を採用したが、サロ152形で採用された蛍光灯カバーはコストダウンのため見送られた。
暖房装置は、在来型気動車では軽油燃焼式温風ヒーターが標準採用されていたが、熱量が不足するケースもあった。1958年開発の北海道向け耐寒強化形であるキハ22形ではエンジン冷却水による温水暖房方式が採用されて良好な成績を示したことから、本系列でも採用され暖房効率と静粛性の改善を図った。
1960年に特急気動車として開発された、水平シリンダー型のDMH17Hディーゼルエンジン（180ps/1,500rpm）を搭載し、これに従来の標準型液体変速機である振興造機TC-2Aないし新潟コンバータDF115Aを組み合わせた。
台車は、キハ55系後期型同様の標準型金属バネ台車のDT22A・DT22C（動力台車）・TR51A・TR51B（付随台車）を装着する。
ブレーキ装置は、当時の気動車用標準型であるA動作弁によって車体装架ブレーキシリンダーを制御するDA1自動空気ブレーキを基本とするが、キハ57系は前述のディスクブレーキ対応のため、運転台付のキハがDA1系ブレーキシステムに中継弁を付加して台車シリンダー方式としたDAR1、運転台のないキロがDAR2自動空気ブレーキを採用した。
キハ58系の新製されていた期間は1961年から1969年までの8年間であるが、その期間中にも随所に絶えず改良が加えられた。この改良は多岐に及び、枚挙に暇がないが、大きな改良が行われた場合は番台区分されている。
1961から1963年までに製造されたグループ。該当する車両番号を以下に示す。
キロ28形は、当区分番台と後述の長大編成対応車（100番台）ならびにキロ58形は帝國車輛工業のみが製造を担当したほか、冷房化改造については以下を参照。
東北・九州地区修学旅行列車用の区分番台。1962 - 1963年にかけてキハ58形19両とキハ28形13両の合計32両が東急車輛製造・帝國車輛工業（キハ58形のみ）で製造された。
車体構造は基本的に一般仕様車に準じているが、車内は同時期の修学旅行用電車である155系・159系の流れを汲んだ設備とした。一般の本系列と同様に1ボックス4人掛けで網棚もレール方向であるが、それ以外のデッキ補助席・客室内速度計・着脱可能な跳ね上げ式の大型テーブル・レール方向に3人が並んで使える大型洗面台や客室端の座席引き出し式の急病者用簡易ベッドなどの設備が追加された。また、塗装も塗り分けこそ一般形に準ずるが、黄5号に窓回りや裾を朱色3号と155系・159系のそれを反転させたもので修学旅行用に共通の意匠とされた。
本区分番台による修学旅行専用列車は、東北地区⇔東京が「おもいで」、九州地区⇔関西方面が「とびうめ」の愛称で運転された。修学旅行シーズン以外の時期には臨時列車などでも運用された。しかし、1970年代後半には山陽新幹線博多開業や東北本線特急網の整備によりこれらの列車は運転を終了。その後は1978年以降に塗装は一般急行色に変更されたものの、冷房化改造や修学旅行用設備の撤去などは未施工のまま、本系列一般車やキハ55系と混用されて急行列車や普通列車で運用された。1987年までに全車廃車となったため、JR各社には承継されていない。
国鉄の気動車は、KE53形ジャンパ連結器2基で直流24V電源による制御と空気圧作動の自動ブレーキを共通装備としていた。このため、長大編成を組むと電圧および空気圧の低下で、先頭運転台から後方車両までの制御の応答性・確実性に問題が生じた。長大編成を頻繁に組む本系列も当初はその例に漏れず、最大11両17エンジンまでに編成を制限されるため問題は深刻であった。
そこで1963年度以降に製造されたグループからは、以下に示す仕様変更を行った。
その結果、最大15両23エンジンまで制御可能となった。当初から上記の長大編成対応で製造されたグループについては新規の番号区分が行われた。
キロ58形・キユ25形は、全車が新造時より長大編成対応であったため基本番台からの区分であり、0・800番台車についても1965年から1971年にかけて全車が同仕様に改造された。
そのほか車体面では客用扉下部に明り取り用の小窓を新設、1965年度の増備車からキハの両形式は出入台に通風器の増設、1966年度後半の増備車からはトイレの窓が小型化・長方形化への変更点がある。
1等車は冷房化の過渡期に製造されたため以下に示す形態にわかれる。なお冷房関係の改造工事は以下を参照。
山岳部に連続急勾配区間を擁し、都市部では快速線の高速高密度ダイヤで運行する中央東線急行「アルプス」運用では、速度低下対策として編成中の2エンジン搭載車の比率向上が求められたことから、1等車もDMH17Hエンジン2基搭載とした本形式が1963年に8両製造された。
1968年から1969年までに製造されたグループで、走行性能に変化はないが車体のマイナーチェンジなどの以下の改良が行われた。この結果、前面の印象は1966年から増備されていた近郊形気動車のキハ45系に追随する形になったため従来形に比べて大きく変わった。しかし、DMH17系エンジンを核とした構成の陳腐化や電化の進展による電車特急列車の増発で気動車急行列車の減少が予測されたため、同時期の他の気動車と同様に製造両数は少なく抑えられた。また、帝國車輛工業と東急車輛製造は製造を担当していない。
このグループからは暖地向け車両と本州内寒地向け車両が分けられるようになり、以下の番号区分が行われた。
普通車は、後の冷房化工事を考慮した設計変更が行われたために冷房準備工事車とも呼ばれている。以下で冷房化に関係する解説を中心に行う。
AU13形分散式冷房装置7基をボルトオンで簡単に搭載できる構造の冷房準備工事が施工されており、屋根部の形状が従来よりフラットで高さも抑えたために、外観の印象は大きく変化している。また、冷房時には窓やベンチレーターが締め切りになるために客室の換気対策として強制換気方式を採用し吸気口が客室端部の裾に備わった。キハ28では、4VK冷房用発電装置搭載準備工事も施工されており、車体窓柱部または窓下部に吸気口が設けられた。ただし、1505 - 1510は中央東線の急行「アルプス」のキロ58冷房化のために新造時から4VK冷房用発電装置を搭載して落成。そのために原番号+1000の区分がされた。
暖地向け・寒地向けを問わず全車新製時からの冷房車である。このグループでは冷房装置脇にあったトランジスタ蛍光灯冷却用小形通風孔が廃止された。
郵政省所有の私有郵便車。気動車としては唯一の全室郵便車で製造はすべて新潟鐵工所。車体構造的には1964年製の1・2は長大編成対応車、1971年製の3・4はモデルチェンジ車に相当する。
1960年代以降の全室郵便車のうち新製車については、郵政職員の労働作業環境改善のため冷房装置付で製造されるようになった。このため本形式も新製時からAU13形分散式冷房装置4基と自車給電用4DQ発電装置を搭載するほか、長大編成対応車グループに属する1・2も屋根高さが末期増備グループに属する3・4相当に低いのが特徴。また冷房電源の他車供給・受電が生じないことから、冷房装置制御用KE53形・電源供給用KE8形ジャンパ連結器は未装備である。
全車が高松運転所に配置され四国地区で運用されたが、鉄道郵便業務の廃止にともない1986年6月6日に全車廃車された。
キハ58系の改造工事には多種多様なものがあるが、この項では国鉄時代・JR化後各社で行われた大きな改造・更新工事について解説を行う。
国鉄の列車冷房は1960年代前半まで特急列車や一部の食堂車（ビュフェを含む）などの優等車両に限って装備されていたが、急行列車では1等車が1963年（昭和38年）から、2等車が1968年（昭和43年）から順次冷房化が実施された。
本系列では、1963・1964年に九州地区に配置されていたキロ28 26・53・54・62・65の5両に小倉工場（現・小倉総合車両センター）で45PSのバス・トラック用直列4気筒ディーゼルエンジンにより直接圧縮機を駆動する方式のBAU102形冷房装置を床下に搭載する改造を施工し試験を行った。
この結果、キロ28・58形の冷房改造は特急・急行形電車などと同様に三相交流電源による分散式冷房装置を屋根上搭載する方式を採用した。
キロ26・27・28の非冷房車・冷房準備車は順次改造で、新製車は当初から、冷房装置と小型軽量の三菱日本重工製4DQ-11P形ディーゼルエンジンとDM72形発電機をセットで搭載し、自車1両分の冷房電源を確保した。
2等車では、本格冷房化改造を前にした1968年（昭和43年）に以下の簡易冷房化が山陰・四国地区配置のキハ58形で実施された。上述方式は実用に至らず、バス用小型エンジン直結型冷房も検討されたが、1969年（昭和44年）から実施された冷房化工事では1等車同様の方式となったが、以下の対応策が採られた。
北海道用のキハ56・27には冷房化は施工されず、北海道旅客鉄道（JR北海道）への承継後にジョイフルトレイン化されたグループと、ごく一部が冷房化された程度である。
またキハ58・28形への冷房化改造工事は全車に行き渡らず、非冷房のまま廃車となった車両も東北地方を中心に多数存在する。上述の状況から、新たに自車を含めて3両分の冷房電源の供給が可能となる4VK冷房用発電装置が開発された。4VKエンジンはダイハツのトラック用4気筒ディーゼルエンジンを元にV型配置へ気筒倍増して開発されたものであった。だが国鉄のユニットクーラーに本来求められる60Hz電源を発電するには出力・許容回転数がやや不足しており、実効発電能力でやや劣る50Hz発電機として運用せざるを得なかった。このため、急行形気動車では冷房の実効性能がカタログスペックよりやや低下した。また稼動中は常時、甲高くけたたましい騒音を発するなど、いくつかの欠点を伴ったが、結局後年まで急行形気動車の冷房用標準エンジンとなった。
本装置は、走行用エンジンを2基搭載するキハ58とキロ58には搭載不可能なため一部のキハ28とキロ28に搭載され、搭載車は原番号+2000の車番に区分された。ただし、以下の例外がある。
搭載施工車は以下を参照。
4VK電源装置の開発で本系列の冷房化は一定の進展をみたが問題点も残った。
キロ28形を半室普通車化改造した形式であるが、国鉄時代に改造された0番台と分割民営化後にJR西日本が改造した100番台が存在した。
1975年3月のダイヤ改正で、高徳本線高松 - 徳島間の急行列車「阿波」にグリーン車の連結が計画されたが、需要的に全室グリーン車では供給過多と判断されたために多度津工場で半室普通座席化改造した合造車である。1形式1両のみが高松運転所に配置され、1977年には徳島気動車区（現・徳島運転所）に転属。1980年にキハ28 5301に格下げされて形式消滅し、1984年に廃車となった。
岡山-鳥取間急行「砂丘」はグリーン車を含む4両編成で運転されていたが、グリーン車の乗車率が低いことから、グリーン車半室化のうえ3両編成とするため、1987年から1988年にかけてJR西日本鷹取・後藤の両工場で改造を行った区分番台で、種車は、いずれもモデルチェンジ車の後期製造車の雨樋高さの低いグループである。鳥取鉄道部西鳥取車両支部に配置されたが、1997年11月の「砂丘」廃止により101・102が1998年に廃車。103・104は岡山電車区気動車センター（現・岡山気動車区）に転属、岡山-津山間急行「つやま」に転用されたが、老朽化のため2004年に廃車となった。
1985年の国鉄時代末期に九州内急行列車指定席車用として小倉工場が施工したアコモデーション改善車である。分割民営化時には全車JR九州に承継。5001・5004は1989年にエンジン換装を施工。
急行「由布」「火の山」の特急格上げにともない5001・5004を除き「シーサイドライナー」化改造が施工されたが、老朽化のため2002年までに全車廃車となった。
番号を変更することなく5000番台と同様の改造を実施された車両も存在するほか、5001・5002はJR東海との番号重複車である。
1980年10月のダイヤ改正では、四国内急行列車はグリーン車を全廃し普通車指定席に格下げとなったため多度津工場で以下の改造をキロ28形に施工したグループである。
後に冷房用電源装置の相違や後に九州地区でも同様の改造が施工されたため細かい番台区分が存在する。
4DQ電源装置搭載車。1980年から1982年にかけて6両が4VK電源装置に換装し後述の5200番台に改番された。残存車は1986年に全車廃車となった。
改造内容は5000番台と同様であるが、相違点は4VK電源装置搭載による区分。車両番号により4つのグループにわけられる。
分割民営化直前に四国地区で5201 - 5203・5205・5206・5208の6両が廃車になった以外はそれぞれの地区に該当するJRが承継し、四国地区では1990年まで、九州地区では1999年までに廃車となった。
キロハ28 1からの格下げ車。グリーン室は5000・5200番台と同様に改造され普通車指定席として使用し、普通室は自由席として運用された。1984年に廃車。
1980年当時、七尾機関区（現・七尾鉄道部）に所属し七尾線の急行「能登路」で運用されていたキハ28 2049に施工した改造。
これは、沿線地域の観光振興のために試験的に改造したものであり、同年7月12日より多客期のみ1往復ロマンスカーの名称で普通車指定席で運用された。しかし、利用客が延びずに1982年には運用を終了。ビデオ再生装置の撤去と車内の復元が行われた。なお同車は、1987年にゴールデンエクスプレスアストルの中間増結車キロ29 552に改造された。
1985年に、当時長崎機関区に所属していたキハ28 2006とキハ28 2114の2両に施工した改造。
1985年5月26日に営業運転を開始。改造された車両はいずれもキハ28であったため、運行時は中間にキハ58形を連結して小口の団体列車に使用されていた。登場から1年半後の1986年12月に2両とも廃車となった。
老朽化が著しくなっていたキハ10系列改造の郵便・荷物車の代替として、1978年から、余剰になったキロ28形の足回りにキハ40系と同じタイプの新製車体を組み合わせた改造車。全室荷物車がキニ28形で郵便荷物車がキユニ28形である。
改造は名古屋・多度津・幡生・郡山・高砂の各工場（郡山・高砂はキユニ28形のみを施工）。車体塗装は初期落成車のキユニ28 1 - 6が旧標準色の2色塗り（一般色）で出場したが、これ以降の車両は1978年10月の「車両塗色および表記基準規定」改正に伴い朱色5号（首都圏色）で塗装されるようになった。
車体更新後から10年にも満たない1986年に鉄道郵便業務が廃止となったため、翌年までに全車廃車となり、JRグループに承継された車両は1両もない。
キニ28形・キユニ28形と同様の改造が行われているが、こちらは2エンジンのキロ58形が種車である。全車が水戸機関区に配置され、常磐線の荷物列車で使用された。2エンジンの同形式が水戸機関区集中配置された経緯は、同区に配置されていたキニ55形の老朽化置き換え名目であるが、電化路線で列車密度の高い常磐線の運用では、DMH17系エンジン1基搭載車では出力不足による加速力不足が問題となるため、2エンジン車が要求されたものである。
1・2が名古屋工場、3が幡生工場で1978年に改造されているが、荷物取り扱い業務廃止により、1987年2月までに全車が廃車となった。
国鉄末期の1986年からJR化後の1988年にかけて、5両のキハ58形が両運転台化改造された。改造は、車体の後位を切断して廃車の運転台を接合する方式で施行され、外観は富士急行から有田鉄道に譲渡されたキハ58003に似ているが、窓配置に違いがある。形式は、すでにキハ45系に存在していたキハ53形とされ、既存車との重複を避けるため新区分番台が起こされた。同趣旨の改造としては、キハ56形を改造したキハ53 500番台があるが、こちらについてはキハ53形500番台（501 - 510）を参照されたい。
1987年に東北地区の増結用として土崎工場（現・秋田総合車両センター）でキハ58形非冷房車2両を改造、その際客室内にトイレを設置した。小牛田運輸区に配置されて陸羽東線などで運用された後、会津若松運輸区に転出。只見線で運用され2000年に廃車となった。
1987年から1988年にかけて、松任工場（現・金沢総合車両所）で3両のキハ58形冷房改造車を両運転台化したもの。トイレは設置されていない。冷房装置は搭載しているが冷房用電源を搭載していないので、単独では冷房を使用することができない。屋根上の冷房装置を除けば、有田鉄道キハ58003に最も外観の近い車両である。七尾線普通列車の増結用として七尾運転区（現・七尾鉄道部）に配置され、同線の電化後は富山鉄道部に移って高山本線で使用された。高山本線のキハ120形置き換え後は高岡鉄道部に移って城端線などで使用された。
最後まで残ったのは高岡色となった1001で、2006年1月頃に廃車された後に解体された。
豪雪地帯である新潟鉄道管理局管内に配置された車両に施工された改造。タイフォン内部に雪が入るのを防止するため円筒状のカバーが装着された。
装着車にはJR東日本承継後も新津運輸区で最後まで運用されたキハ58 1022+キハ28 2371のほか、他地区に転出後もそのまま使用されたケースでは盛岡車両センター配置・秋田総合車両センター留置のキハ58 75やキハ28 2010が該当する。（写真は石巻線石巻駅）
国鉄末期に急行運用が削減された結果発生していた本系列の余剰車に四国総局が多度津工場で施工したアコモ改良を主とした改造。なお改造による改番は行われていない。
1984年から1985年にかけて高松運転所所属のキハ58 577・769ならびにキハ28 2475の3両へ施工。
以下に示す団体専用車への転用改造が施工された。
1985年から1986年にかけて徳島気動車区（現・徳島運転所）所属のキハ58 1035・キハ28 2476へ施工した改造。
内容的には団体専用車からカラオケ設備ならびに給水器を省略した内容であるが、本改造は定期急行列車での運用を前提とする。
JR化後には、各社で運用や投入線区に特化した改造・更新などが行われている。
車体更新工事や特別保全工事による延命のほかに運用線区での実態に合わせて多くの車両がセミクロスシート化されたが、JR東日本では車両番号を改番しない大きな改造に以下の事例が存在する。
1991年に発生した成田線大菅踏切事故後、踏切事故での乗務員の保護のために前面を補強する工事を積極的に進め、本系列でも対象となった。施工内容は、時期や工場によってステンレス板での補強のところ鉄板で施工した例やアンチクライマーを装備・未装備などの差異がある。
1988年に発生したジョイフルトレイン『サロンエクスプレス アルカディア』火災事故の原因は、排気管の過熱によるものであった。またDMH17Hエンジンそのものの老朽化や燃費の問題も考慮した対策として、1989年エンジンを新潟鐵工所製・小松製作所製・カミンズ製への換装を本系列のみならず、DMH17系エンジン搭載車全車に行った。
「よねしろ」「月山」などの優等列車運用充当車両に実施。通常の更新工事とは別に座席をリクライニングシートへ交換したほか、側面の行先表示に電動式方向幕を搭載するなどの施工を行った。
一方で改造による改番を行った事例として1991年に乗務員を対象とした定期的に行う異常時取り扱いや応急処置等の教育訓練用として施工された本改造が存在する。
電車では余剰になった103系・113系・115系・455系・485系などへ施工したが、気動車では土崎工場で本系列の盛岡車両センター所属車へ一部座席撤去・備品収納用ロッカーならびにテーブルの設置・視聴覚教育用モニタとビデオ搭載用ラックの装備など主に車内の改造を施工。外観上は白線2本と「訓練車」表記を追加し一般車とは区別された。
改造後も盛岡車両センター所属でキハ58 75と常にユニットを組む形で運用されたが、2008年11月に廃車され形式消滅した。
「かすが」「みえ」用キハ58への改造で名古屋工場が施工。リクライニングシートは東海道新幹線0系の廃車発生品を使用している。改造されなかった名古屋車両区のキハ58・65も後にかすが・みえ用の車両と同じ塗色に変更されている。
1989年に急行「かすが」用に座席をリクライニングシートに交換したため改番されたキハ58 5714が、1991年に快速「みえ」用が5000番台になるために再改番を行った区分。2001年に廃車となった。
1991年、快速「みえ」用に3両が以下の改造を施工された。
5100番台はパノラミックウィンドウ車が種車となったための区分である。キハ75登場後は臨時列車や武豊線で運用されたが2001年に廃車となった。なお、5001・5002はJR九州との番号重複車でもある。
エンジン換装は行われなかったものの多くの車両が延命工事を受けた。「能登路」や「みよし」などローカル線の急行運用に就く車両はシートの取り替えや塗装変更を行った。ローカル線に運用する車両はワンマン運転対応工事、セミクロスシート化したものも多い。改番を伴う改造については以下で解説する。
1991 - 1992年に姫新線や播但線などのローカル輸送で、通勤輸送を考慮してロングシート化改造されたグループ。床材張り替え、吊り手増設なども併せて行われた。改造施工は、鷹取・松任の両工場。全車姫路鉄道部に配置されたが、1999年に全車廃車となり廃区分番台となった。廃車後31両中20両がタイに譲渡されている。
1990 - 1991年に鷹取工場で施工された急行「たかやま」充当のアコモデーション改善車番号区分。
1999年12月のダイヤ改正による「たかやま」廃止に伴い全車2000年に廃車となった。
1991 - 1992年に後藤工場で急行「丹後」「砂丘」充当車へ施工した延命化と付帯する改造による番台区分。
本番台区分は該当列車廃止と老朽化のため2005年までに全車廃車となった。
1991年に特急「エーデル北近畿」用の予備車として後藤工場で改造。特急用車両であるが、エンジンは従来のDMH17H、台車は従来のDT22/TR51系金属バネ台車のままで、最高速度も従来と変わらず95km/hである。福知山運転所に配置されたが、後に豊岡鉄道部に転属。2000年に廃車となった。
国鉄四国総局時代からアコモデーション改善は行われていたが、分割民営化後も急行運用に投入される車両については、1988年から塗装のJR四国色への変更や床材・仕切り扉・壁板・網棚の交換ならびに座席のバケットシート化（キハ28 5000・5200番台を除く）が行われた。またキハ58形の一部車両については、同社のキハ181系リクライニングシート化で発生した回転クロスシートに交換するグレードアップがされ、定員60名に変更となった。
急行用車両は座席のリクライニングシート化と床板の取り替え、普通列車用車両は客室近郊化工事の施工が行われたが、改番を伴う改造は7000・8000番台に区分された後述するジョイフルトレインのみである。
本系列は乗務員や検修員にも扱いに習熟した者が多く、また1980年代までに多くの車両が冷房を搭載していた。しかも気動車で運用区間や編成長の制約が少なく団体専用列車用に特化させる改造には適した車両であった。この特性を活かし国鉄末期から本系列改造による団体専用車両が各地で出現し始めた。サロン風内装やお座敷客室などを備えた本系列改造のジョイフルトレインが民営化後のJR各社で多数登場し増収策として様々な形態で運行された。
しかし旅行スタイルの変化や景気の悪化に加え、国鉄民営化の1987年時点で最終製造車でも落成後18年が経過していた本系列は、全体の経年が高くなったことやジョイフルトレインへの改造対象車も本系列より経年の新しいキハ40系へ移行したことから、1990年代後半以降は多くの車両が老朽廃車となった。本系列のジョイフルトレインで現存するものは、JR東日本盛岡支社の「Kenji」のみであり、2017年現在JR線上において唯一営業運転に就いているキハ58系となっている。
ジョイフルトレインに改造された車両の一部は、形式がキハ56・キハ58→キロ59・キハ59・キハ27・キハ28形→キロ29・キハ29となったほか、このグループでは広義の本系列で唯一の付随車となるキサロ59が落成した。なおキサロ59の詳細についてはこちらを参照のこと。
ゆふいんの森（Ⅰ世）
（詳細は「JR九州キハ71系気動車」を参照の事）JR九州において改造名義で落成。当初は車体以外は種車のものであったが、後日台車以外は新製品と取り換えられた結果、車籍以外　では原形を残すものは、ほぼDT22C台車関係のみになっている。
なお、キハ58系から「ほぼ日常的に運転される特急型車両」に改造された例はこれが唯一のもの(コイルバネ車からの改造は同社キハ40系列の例あり)であり、また2003年のリニューアル時本系列では唯一最高速度が120km/hに引き上げられた。
なお、これら2両は2018年現在後継車に置換の予定は無く「kenji」引退後はJR本線上を自走する最後のキハ58系の車籍を由来とする車両となる見込みとなっている。
1961年4月にキハ56系が根室本線の「狩勝」で、7月にはキハ57系が信越本線の「志賀」で、そして10月にはキハ58系が中央東線・大糸線の「アルプス」で、それぞれ急行列車として営業運転を開始した。以後、キハ56系・キハ58系は毎年100 - 200両単位での大量増備が続けられ、日本各地の非電化区間の急行列車に多数投入された。
新製が打ち切られた1970年代以降は幹線電化の著しい進展に伴い急行列車の電車化、さらには特急列車への格上げが進められた結果、気動車急行列車は徐々にその運用域を狭めた。本系列は1960年代から速度や普通車でも非冷房車があるなど設備水準が改善されておらず、時代の潮流に取り残されつつある存在であった。
しかしその一方で、1980年代に至っても複雑な分割・併合を行う多層建て列車もまだ多数存在しており、本系列による急行列車は最盛期より減少するも運転は行われた。
1982年の東北・上越新幹線開業に伴うダイヤ改正では、本系列が多数投入されていた東北・上信越方面の急行列車が、減便・特急格上げ・廃止などの整理対象となった。
1985年3月14日のダイヤ改正では九州地区でもグリーン車の廃止が実施されたほか、引き続き多くの急行列車が特急列車への格上げもしくは快速列車への格下げとされたため以前に比較しても大量の余剰車が発生し、以下の傾向が見られた。
これらとは別に1985年3月17日 - 9月16日に開催された科学万博の会場へのアクセスのために臨時快速「エキスポライナー」が常磐線で運転されたが、この列車には開催3日前のダイヤ改正で廃止となった急行「ときわ」「奥久慈」に充当されていた水戸機関区所属の本系列余剰車も投入された。
その後は、1990年代から2000年代初頭にかけて全国でほとんどの気動車急行列車は廃止または特急への格上げで消滅した。本系列を用いた最後の定期急行列車はJR西日本芸備線の「みよし」であったが、2007年7月1日のダイヤ改正で廃止された。
急行形としては年々余剰となったが、1980年時点では初期形でもまだ車齢20年足らずであり、十分な耐用年数を残していた。それ以前から非冷房車を中心に一部が普通列車で運用されていたが、1980年代以降は冷房車も多数転用され、非冷房で老朽化したキハ20系・キハ55系の取替えに使用された。
普通列車で運用することを前提に運用路線に特化させた以下の改造が施工された車両も登場した。
1987年4月の国鉄分割民営化時に本系列（キハ56系・57系を除く）は、旅客JR5社に計1,098両が承継された。
民営化後は国鉄時代に引き続き急行列車やローカル線普通列車で運用されたほか、ジョイフルトレインへの改造も数多く施工された。しかし、老朽化による置換え・急行列車廃止・ローカル線の電化による運用終了などにより、1990年代からは廃車が進行した。
2011年3月11日、JR西日本富山地域鉄道部富山運転センター所属車による高山本線富山 - 越中八尾間での本系列最後の定期運用が終了した。
2018年4月1日現在で計6両が車籍を有するが、運用があるのはJR東日本のジョイフルトレイン『Kenji』の3両のみで、他は全て保留車である（各車両の詳細は後述）。
配置車両基地・使用線区でそれぞれ専用塗装を施工し、東北・信越地区でのローカル輸送を中心に運用された。キハ100系・110系・キハE130系・キハE120形などへの置換え、あるいは新車投入による玉突き転配で廃車が進行。2009年3月14日のダイヤ改正で新津運輸区所属車3両による最後の定期運用が終了。2011年4月現在では、盛岡車両センターに所属するジョイフルトレイン「Kenji」（キハ58 650+キハ28 2010+キハ58 1505）が主に冬期を除く土曜・日曜・祝日に盛岡 - 宮古（山田線経由）の臨時快速列車「さんりくトレイン宮古」を中心に団体列車などで運用されているほか、同じく盛岡所属のまま保留車で秋田総合車両センターに留置中のキハ58 75の4両が車籍を有する。
なお、末期まで本系列が所属した車両基地について以下で解説を行う。
2007年11月24日にキハ110系の導入により山田線での定期運用を終了。
その後は、キハ58 1504・1514・1528が同区のキハ52と共にミャンマーへ譲渡された。残りの車両は盛岡駅構内に留置。2008年3月までに全車秋田総合車両センターへ回送・解体された。
その後はジョイフルトレイン「Kenji」のみが運用を続けていたが2018年9月8日の団体列車をもって運用を終了、同時に同区のみならずJR各社が保有する同系列全ての運用が終了した。
一般車は2007年7月までにキハ110系に置換えられて定期運用は終了したが、2008年1月に元「月山」用アコモ改造車のキハ58 414+キハ28 2174は、郡山総合車両センターで東北地域本社色から修学旅行色へのリバイバル塗装が施工された。同編成は団体・臨時列車に投入されたが、検査期限が切れる直前の2008年12月23日に東北本線・石巻線・気仙沼線を経由したさよなら運転を実施。2009年1月13日に郡山総合車両センターに廃車回送・解体された。
ジョイフルトレインは「こがね」が配置されていたが、老朽化により2010年12月26日で運用離脱し、海外へ輸出された。磐越西線・米坂線などで運用されていたが、2009年3月14日ダイヤ改正で定期運用を終了。このうち、2003年に旧国鉄色へ復元されたキハ58 1022+キハ28 2371はその後もイベント運転に投入され、2009年秋に新潟地区での大型観光キャンペーンの一環として只見線・飯山線などでも運行され、同年12月12日・13日に米坂線で、12月26日・27日に磐越西線でキハ52と共にさよなら運転を実施。2010年1月12日に郡山総合車両センターに自力回送され、同年度内に廃車となった。
高山本線・紀勢本線・武豊線などでのローカル輸送のほか、急行かすが・のりくら・快速みえなどで運用された。1998年12月改正まで美濃太田車両区所属車はJR西日本に乗り入れる運用が存在した。2001年に運用を終了し、2002年以降はキロ28 2303のみが車籍を有したまま美濃太田車両区に留置されていたが、2008年3月31日付けで廃車され在籍車はなくなった。この結果キロ28形は形式消滅。2013年2月に浜松運輸区へ陸送後の同年10月に解体された。
JR化後も山陰本線などではしばらくの間は多数運転されていた急行列車運用に投入されたが、急行列車の廃止・キハ120形やキハ121・126系など後継車の登場・山陰本線京都駅-城崎温泉駅間や小浜線などでの電化・ジョイフルトレインの老朽化ならびに需要低下などの理由で置換え・廃車が進行した。
ジョイフルトレインは「ほのぼのSUN-IN」が2009年11月に運用が終了。一般車は2009年3月14日以降は高山本線富山 - 越中八尾で富山地域鉄道部富山運転センター富山派出（金トヤ）に所属するキハ58 1114+キハ28 2346とキハ28 2360+キハ58 477が本系列日本最後の定期運用に投入されていたが2011年3月11日をもって運用を終了。その後は保留車としてキハ28 2346のみが在籍していたが、いすみ鉄道への譲渡が決定し、2012年7月24日付で廃車され、同年10月9日に金沢総合車両所から大多喜へ向けて搬出された（"詳細は後述"）。
ローカル列車主体に運用されていたが、後継車両である1000形・1500形の導入によって少しずつ数を減らし、2008年3月15日ダイヤ改正で予讃線高松口の運用が終了。最後に残っていた予讃線松山以南運用も同年10月15日で終了となり、本系列・キハ65形の定期運転をすべて終了した。
その後は松山運転所所属のキハ58 293+キハ65 34により、10月18日から11月2日にかけて「リバイバル列車」としてさよなら運転を実施。
同年12月12日にはJR四国色の2両が高松運転所で行われた総合事故対策訓練に使用された。2009年3月31日付でこれらを含めた全車両が廃車となった。
非電化区間を中心に九州の各路線で使用されていたが、2007年3月18日ダイヤ改正で鹿児島総合車両所（現・鹿児島車両センター）所属車による定期運用が終了した。
2018年4月1日時点では以下の2両が車籍を有する。
1962年から富士急行線大月から中央本線の急行「アルプス」に併結して新宿まで乗り入れる急行「かわぐち」が運転を開始したが、富士急行線内および中央本線新宿-大月間は全線直流電化区間であるものの、併結する急行「アルプス」が非電化区間からの運転で必然的に気動車となることから、富士急行独自の併結用車両が必要となり、1961年12月に日本車輌製造で製造されたのがキハ58001・58002である。1963年には予備車としてキハ58003が製造された。
中央本線・富士急行線は急勾配路線であるため2基エンジン搭載のキハ58形とされたが、以下の点で国鉄仕様車と異なる。
1975年3月の「アルプス」全列車電車化により運用目的を失い、同年4月24日付けで廃車。その後58001・58002はトイレ・洗面所を撤去した上で3両とも同年7月に有田鉄道に譲渡され、1976年5月から運用を開始。同社のキハ07形を置換えた。
有田鉄道線は全線で平坦な線形であることとランニングコスト低減の観点から、1980年に国鉄高砂工場で全車が搭載エンジン1基化工事が施工された。また利用客の減少が続いたため単行運転が可能な両運転台型の58003が充当されることが多く、1994年6月に樽見鉄道から譲渡されたハイモ180-101の運用開始に伴い58001・58002は同年11月に廃車。58003は予備車として2002年の同鉄道廃止まで在籍した。
本系列は国鉄→JRでも使用されたことから、日本国内の鉄道事業者へ以下の計6両が譲渡された。
日本国外へはロシアのサハリン州鉄道・タイ国鉄・ミャンマー国鉄に例がある。
1989年度にKTR001形「タンゴエクスプローラー」の補完特急に投入する目的で本系列4両が譲渡された。
KTR1000形（1001・1002）KTR2000形（2001・2002）
JR西日本鷹取工場が施工。
本形式は「レインボーリゾート」と命名され、第2編成単独もしくは第1編成（1001・2001）を中間に組み込んだ3・4両編成でJR線内への直通運転も実施されたが、1996年にKTR8000形「タンゴディスカバリー」の新製と代替で廃車された。
2012年8月27日に同社の鳥塚亮社長が自身のブログでJR西日本からの譲渡を発表、同年10月11日に搬入された。
本系列はその汎用性と両数の多さから廃車後に無償で日本国外へ譲渡された車両が存在する。JR東日本からはロシアサハリン州へ、JR西日本からはタイならびにミャンマーへ譲渡された。JR西日本からは中華人民共和国への輸出車もあるが、輸出先で放置状態にある。
ソ連運輸通信省極東鉄道局サハリン支局では、日本製形気動車（1963年導入）置換え用として日商岩井を介し1985年に導入した富士重工業製Д2系10編成40両を通勤旅客輸送用に投入し、ソ連崩壊後ロシア連邦運輸通信省サハリン鉄道局が承継したが、民主化後の経済混乱による高インフレーションと予算不足で部品が調達できず、系の検修が困難な状態に陥った。
1992年8月にJR東日本などの鉄道技術者でつくる視察団がサハリン鉄道局を訪問し、1993年1月にはサハリン鉄道局の視察団が来日してJR東日本ならびにJR西日本の駅・旅行センター・工場などを視察したことが契機になり、同年10月にサハリン鉄道局とJR東日本が車両無償譲渡契約の調印を交わし、キハ58形29両が千葉県市原港からホルムスク港に輸出された。
現地到着後、ホルムスク＝ソルチローヴォチヌイ駅からユジノサハリンスク機関区に自力回送され、部品取り用車を除く17両を整備。形（ - ）として1994年4月から通勤旅客列車での運用を開始した。
国内経済の回復にともない予算不足状態が解消し、系が運用復帰した2000年に全車両が運用を終了した。1両が静態保存されている。
1997年にキハ58形14両・キハ28形9両・キロ28形3両の計26両が、1999年にキハ58形11両・キハ28形9両の計20両、総計46両が無償譲渡された。
タイ国鉄では1m軌間・ブレーキシステムの変更・出入口へのステップ設置などの改造を施工し以下の形式名に変更。
当初は優等列車として運用されたが2 - 3年で客車代用として使われるようになった。現在では運転台とエンジンが完全に撤去され冷房も使用されていない。これは以下の原因が推定される。
後に運転台の撤去と同時にドアの移設など大掛かりなリフレッシュ工事が一部の車両に対して施工された。2005年頃まではグレーに青と白のグラデーション（妻面は黄一色）に塗装変更しバンコク首都圏の客車列車で運用されていたが、現在はほとんどの車両が休車もしくは廃車となった。ただし一部車両は事業用控車として使用されているほか、老朽化した旧型客車を置換える目的で、車体長を短縮して急曲線通過に対応させる改良工事が施されているが供用には至っていない。
上述車両とは別に「リゾートサルーン・フェスタ」の譲渡も計画されていたがタイ側の事情で中止になった。種車の老朽化が著しく進行していたことも一因となっている。
2008年にキハ58形3両が無償譲渡された。譲渡後に1m軌間への改軌・ミャンマー国鉄の車両限界の関係から低屋根化・冷房装置の撤去など大がかりな改造工事が施工された。当初は急行列車で、現在はヤンゴン近郊列車で運用されている。
2004年の廃車後に輸出されたキハ28形2両（キハ28 2306・キハ28 2486）が、天津港の保税区で長らく放置状態にあることが2013年・2018年の両時点で確認されている。