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国鉄キハ40系気動車 (2代) 改造
このうち石巻線・気仙沼線・東北本線利府支線向けにワンマン化改造された小牛田運輸区のキハ40形500番台3両とキハ48形500番台・1500番台各7両は、クロスシートの3列への変更やデッキ仕切りの撤去が行われたほか、キハ48形の反運転台側の貫通路は営団6000系のものに類似したキノコ型広幅のものに改造された。
前述の機関直結式AU26J-A冷房装置の設置などと合わせて機関をカミンズ製DMF14HZ（350 PS / 2000 rpm）へ交換する改造が実施されたが、JR他社における改造の事例と異なり液体変速機はDW10のままのため、機関出力を300 PSに下げて使用されている。
八高線や水郡線などへのキハ110系の投入で余剰となった暖地向けのキハ40形2000番台やキハ47形0番台・1000番台のうち、東北地区や新潟地区へ転用される車両は耐雪カバーや暖房機器増設などの耐寒耐雪化改造が行われ、烏山線のキハ40 1006が東北地区へ転用された際にも同様の改造が実施された。
八戸線・五能線・只見線で運用される車両では、運転台屋根上にNTTドコモの衛星携帯電話のアンテナが設置された。アンテナは白い円形状のもので、前頭部側にはアンテナ保護用の保護枠が設置されている。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 改造
紀勢本線用としてキハ40形2000番台6両を1989年から1990年にかけて改造した。機関はキハ85系で採用されたカミンズ製のC-DMF14HZ（350 PS / 2000 rpm）に換装され、冷房装置はC-AU711Dを2基屋根上に搭載している。番号は原番に3000を加えて5000番台となったが、番号整理に伴い1999年度に3000番台に再改番された。
1992年の武豊線への投入に伴い、東海道本線での運用のためキハ48形500番台の機関をC-DMF14HZに換装して出力増強を図るとともにワンマン運転設備を付加したもので、5両が改造された。番号は原番に3000を加えて3500番台となったが、ワンマン車の区別のため1999年に3800番台に再改番された。
なお、これらとペアを組むキハ48形1500番台5両（1523・1524・1528 - 1530）にもワンマン運転設備が付加されているが、機関換装は実施されず、改番も行われなかった。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 改造
機関換装は1994年度から再開され、保有する全形式の全車の機関をキハ75形・キハ11形300番台で採用されたカミンズ製のC-DMF14HZB（350 PS / 2000 rpm）に、変速機をキハ85系・キハ75形で採用された新潟コンバータ製C-DW14A（変速1段・直結2段） に換装した。同時に寒地装備、トイレ、機関の形式により一定の基準によって分類して、それぞれ原番の順に以下の通り改番した。
キハ40形5500番台
500番台にC-DMF14HZBを搭載。2両（576・577 → 5501・5502）が改番されたが、のちに5502はワンマン運転設備を付加して後述の5800番台に再改番され、5501は2015年12月に廃車され、ミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
キハ40形6000番台
2000番台にC-DMF14HZBを搭載。6両（2057・2111 - 2113・2130・2131 → 6004・6007 - 6009・6011・6012）が改番されたが、全車にワンマン設備を付加して6300番台に再改番され、2000年度に消滅した。
キハ47形5000番台
0番台にC-DMF14HZBを搭載した2両（3・4 → 5001・5002）。2015年3月に廃車されミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
キハ47形6000番台
国鉄キハ40系気動車 (2代) 改造
1000番台にC-DMF14HZBを搭載した3両（1027・1109・1110 → 6001 - 6003）。2015年3・4月に廃車されミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
キハ48形5000番台
0番台にC-DMF14HZBを搭載。3両（1 - 3 → 5001 - 5003）が改番されたが、のちに5002と5003の2両がワンマン運転設備を付加して再改番され、5001は2015年12月に廃車されミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
キハ48形5500番台
500番台にC-DMF14HZBを搭載。13両（509 - 514・524・525・527・528・530・542・543 → 5501 - 5508・5510・5511・5513・5517・5518）がこの番台となったが、のちに8両がワンマン運転設備を付加して5800番台に再改番されたため、5501・5508・5511・5513・5518の5両が残った。5511・5513は2015年3月に廃車。残る3両は2015年7・12月に廃車され、いずれもミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
キハ48形6000番台
国鉄キハ40系気動車 (2代) 改造
1000番台にC-DMF14HZBを搭載。2両（1・2 → 6001・6002）が改番されたが、のちに6002がワンマン運転設備を付加して再改番されたため6001のみとなったが、2015年7月に廃車されミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
キハ48形6500番台
1500番台にC-DMF14HZBを搭載。17両（1515 - 1519・1523 - 1531・1536 - 1538 → 6501 - 6517）がこの番台となったが、のちに14両がワンマン運転設備を付加して6800番台に再改番され、6501・6502・6517の3両が残った。2015年7・12月に廃車され、いずれもミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
1999年には、以前に機関換装を実施した車両も再度改番しており、C-DMF14HZ搭載車として3000番台に区別した。
キハ40形3000番台
旧5000番台。C-DMF14HZ搭載。3001 - 3003・3005・3010の5両。このうち一部は西日本旅客鉄道（JR西日本）所属のロングシート化改造車と番号が重複している。3005は2011年6月8日から旧国鉄一般形気動車標準色風の塗装に塗り替えられている。2015年7・12月に廃車され、ミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 改造
JR東海では武豊線に続いて高山本線・紀勢本線でもワンマン運転が実施されたが、1999年以降はワンマン化改造車に対して番号に300を加えてさらに区別された。
キハ40形3300番台
旧5000番台。3000番台のワンマン運転対応車。3306のみ。2015年12月に廃車され、ミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
キハ40形5800番台
1999年に5500番台にワンマン運転設備を付加して再改番（5502 → 5802）したもの。5802のみ。2015年7月に廃車され、ミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
キハ40形6300番台
1999年から2000年にかけて6000番台にワンマン運転設備を付加 し、再改番 （6304・6307 - 6309・6311・6312）したもの。2015年7・2016年3月に廃車され、6304を除きミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
キハ48形3800番台
旧3500番台。改番時点でワンマン対応改造済み。3809・3812・3814 - 3816の5両。3812は2011年4月18日から旧国鉄一般形気動車標準色風の塗装に塗り替えられている。3814は2015年3月に、残る4両は2015年4・7月と2016年3月に廃車され、いずれもミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
キハ48形5300番台
国鉄キハ40系気動車 (2代) 改造
5000番台にワンマン運転設備を付加して再改番したもので、2000年と2003年に1両ずつ（5302・5303）、計2両に実施。2016年3月に廃車され、5302はミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
キハ48形5800番台
1999年から5500番台にワンマン運転設備を付加して再改番したもの。5802 - 5807・5810・5817の8両。2015年4・7月と2016年3月に廃車され、いずれもミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
キハ48形6300番台
2000年に6000番台にワンマン運転設備を付加して再改番を実施したもの。6302の1両のみで、2016年3月に廃車されミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
キハ48形6800番台
1999年から6500番台にワンマン運転設備を付加して再改番したもので、6803 - 6816の14両に対して実施された。うち6806・6807・6811 - 6813の5両は6500番台への改番時点で既にワンマン運転設備を装備していた。2015年4・7・12月と2016年3月に廃車され、6805 - 6807と6811を除きミャンマーへ譲渡。廃区分となった。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 改造
ローカル線の経営合理化のため、JR西日本では1989年よりキハ40・47形を対象に大多数の車両でワンマン化改造が施工された。運賃表示器や運賃箱、整理券発行機の設置などを行い、キハ47形では運転台側客用扉から運転台仕切りまでの座席を撤去した。キハ47形を両運転台化改造したキハ41形も改造時にワンマン化されている。
1989年度から1995年度にかけて日本電装製のサブエンジン式AU34による冷房改造が全車に対して実施されている。床下の暖房用熱交換器を1基撤去してAU34を搭載し、車内荷棚部に室内熱交換器を設置している。
ローカル線区の朝ラッシュ時の乗降のスムーズ化と定員増加を図るため、車内の座席をロングシートに交換したグループである。キハ40形2000番台は3000番台に、キハ47形は0・1000番台は2000・3000番台に、500・1500番台は2500・3500番台に改番された。1991年から1992年にかけてキハ40形5両とキハ47形27両（2000番台16両、2500番台1両、3000番台9両、3500番台1両）に対して施工され、1996年度にはキハ47形21両（2000番台7両、2500番台2両、3000番台11両、3500番台1両）が追加で改造されたが、こちらはボックスシートを一部残している。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 改造
キハ40形は岡山地区に、キハ47形は岡山（吉備線）・米子・山口地区に配置され、いずれもラッシュ時に運用されている。
1994年度から2000年度にかけてエンジンおよび液体変速機を換装している。機関はコマツ製SA6D125H-1AもしくはSA6D125HE-1となり、車体側面のエンジン吸気口と外気導入口のルーバーが埋められた。
液体変速機はコマツ製のKTF3335A-1A（変速2段・直結3段、自動式）または新潟コンバータ製TACN-22系（変速1段・直結2段、自動式）へ換装したが、台車が元のままの1軸駆動であり、軸重に対して出力が勝ち空転を起こしやすい傾向があり、台車強度の関係から出力を本来の355 PSから330 PSに落としている。また、液体変速機のうちコマツ製のKTF3335A-1A換装車は、105 km/h以上で使用可能な直結3段目はキハ40系の最高速度が95 km/hのため使用されず、実質的には変速2段・直結2段である。
機関換装工事実施中は旧機関の車両との併結を考慮し出力を265 PS / 2000 rpmに制限し、換装完了後順次355 PSへ引き上げているが、岡山気動車区所属のキハ40形2000番台の一部と3000番台は、2019年1月時点でも265 PSのまま使用されている。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 改造
1998年の播但線姫路駅 - 寺前駅間電化に際し、同線のうち非電化で残る寺前駅 - 和田山駅間の単行運転用としてキハ47形1000番台に鷹取工場・後藤総合車両所で運転台を増設して両運転台としたキハ41形5両が導入された。
増設運転台は種車の車体に新造の切妻前面構体を接合しており、既設運転台と灯具類の設置位置や運転室内配置を揃えている。また、増設運転台直後にトイレと水タンクを増設しており、2000番台に付番されている。塗装は姫路駅 - 寺前駅間で運用される103系3500番台と同様のワインレッドとし、窓周りのアクセントは103系のダークグレーに対してキハ41形では淡緑色とされた。アクセントの部分には103系と同じく「BANTAN」の文字が表記されていた。
当初は播但線限定で運用されていたが、1999年10月のダイヤ改正より山陰本線豊岡駅 - 浜坂駅間でも運用されるようになったため、「BANTAN」の文字は順次消去された。2002年から2005年にかけて全車に体質改善工事を実施した。2009年以降のJR西日本の単色化により車体塗装も朱色5号となった。その後キハ41 2001は方向転換が行われ、増設運転台が豊岡方に向くようになった。
2016年時点では福知山電車区豊岡支所に配置し、播但線内や山陰本線の豊岡 - 鳥取間で単行もしくは2両編成で運用している。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 改造
キハ47形は1998年度から2009年度にかけて、キハ40形は1999年度から2007年度にかけて、全車両に103系電車・113系電車等の国鉄形電車と同様の体質改善工事（延命40N）が行われた。改造は後藤総合車両所、網干総合車両所（2000年までは鷹取工場）、下関総合車両所、金沢総合車両所で施工された。
主な改造内容は、車体外板腐食部張替え、キハ47形の戸袋窓の埋め込み、通風器撤去、側窓の下段固定・上段上昇式への交換、室内化粧板張替え、ドアの半自動装置の電気指令式への変更などである。また、同時もしくは同時期に冷房装置の機関直結式のWAU201への交換がキハ47形5両を除いて実施され、床下のAU34の撤去と屋根上へのWAU201の熱交換器の搭載が行われている。
広島支社（下関総合車両所）配属の車両は、側面中央上部にLED式の行先表示器が増設され、板式の行先標の使用を終了している。
2020年頃にはKE93形電気連結器を段階的に本設として運転台助士側のジャンパ栓準備用窪みにKE93形ジャンパ栓納めを設置する改造が進行中であり、2024年頃より運転士側のKE53形ジャンパ栓納めとKE66形・KE67形電気連結器を撤去した車両が確認されている。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
老朽化したお座敷気動車（キロ29形・キロ59形）を置き換えるために、1997年から1998年にかけてキハ400形100番台3両をお座敷車に改造したものである。同時期に改造されたお座敷車のキハ183系6000番台と同様、一般車と併結して運用することが可能である。
客室を可能な限り広く取るため前位側の出入り台（デッキ）を撤去し、塗装は黒、深い赤、暗い灰色のブロックパターンに改められた。客室は床面をかさ上げしてカーペット敷きとし、深さ30 cmの掘り炬燵構造としているが、乗客が足を伸ばしてくつろげるよう床面をフラットにすることも可能である。2003年度には冷房装置の交換などの更新改造が実施された。2015年3月31日付で2両（502・503）が廃車され、501も同年11月に解体され、キハ400形は形式消滅した。
2018年2月に発表された改造車両。沿線活性化を目的とし、北海道の地域（道北・道東・道南・道央）をイメージした外装や、木目の床・木材を使用した背もたれなどが導入されている。
全4両で、使用車両は以下のとおり。それぞれに名前が付けられている。
JR北海道は「北海道の恵み」シリーズの好評を受け、同様にキハ40形の改造により、観光列車として運行可能な車両2両を導入することとなった。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
2019年9月には「山明」を公開。キハ40 1790からの改造車で、外観は広大な大地をイメージした深い緑色となっている。座席には木を用いたほか脱着式のテーブルも取り付けられ、普通列車としての運用時はテーブルを外す。
2019年10月には「紫水」を公開。キハ40 1791からの改造車で、外観やモケットの色が「山明」号の緑に対して「紫水」号は紫となっている。
1995年に水戸支社でキハ48 534・548およびキハ40 2138をお座敷車に改造したもので、それぞれキロ48 1・2とキロ40 1に改番され、編成としては「漫遊」と命名された。2000年に仙台支社に転出し、「ふるさと」と改称されている。
キロ48 1には「華 (HANA) 」、キロ48 2には「風 (FU) 」、キロ40 1には「月 (GETSU) 」の愛称が付され、車体はそれぞれ日本の伝統色である緑・紫・紅を基本色とし、その下部に金色を配して華やかさを演出している。改造当初はグリーン車であったが、2003年4月に普通車に変更され、キハ40 2501とキハ48 2501・2502に改番された。
2016年8月28日の団体臨時列車をもって運用が終了し、同年9月7日付で廃車された。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
1997年3月の秋田新幹線開業に合わせて、1990年から五能線で運転されていた50系客車による眺望列車「ノスタルジックビュートレイン」に代わる観光列車として「リゾートしらかみ」（秋田 - 弘前・青森間）を運行することとなり、本形式が導入された。当初は編成愛称がなかったが、2003年の「橅編成」の導入にあわせて「青池編成」と命名された。
キハ48 533・540・1521・1543を改造したもので、いずれも原番のままである。1・4号車の533と540は展望ラウンジ付きの座席車（回転リクライニングシート）、2・3号車の1521と1543は6人または4人用の簡易個室車とし、同時に冷房装置（AU26J-A×2）を搭載、機関をDMF14HZ（300 PS / 2,000 rpm）に換装している。
また、1・4号車の前頭部形状を高運転台・半流線型の非貫通構造に変更し、前照灯をHIDとし、併せて全車の側窓を拡大してブロンズガラスの固定窓とした。この意匠は以降の「リゾートしらかみ」編成などJR東日本の本系列改造ジョイフルトレインに継承されている。塗装は白神山地の白、日本海の深青をイメージした塗り分けとしている。2006年3月18日のダイヤ改正を前に3両編成に短縮し、抜かれたキハ48 1521は「くまげら編成」へ組み込まれた。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
東北新幹線全線開業に伴う2010年12月4日のダイヤ改正に合わせてHB-E300系4両編成1本が導入され、「青池編成」が本編成からこれに置き換えられた。これに伴い、中間車のキハ48 1543はリゾートしらかみ全編成の4両編成化に伴い「橅編成」の中間車へ転用され、残るキハ48 533・540は2011年に団体列車用の「クルージングトレイン」 に改称された。転用後は前面の列車ロゴが変更されている。
老朽化に伴い2023年3月に廃車となり、同年9月に秋田総合車両センターで解体された。
キハ48形をトロッコ気動車に改造した車両で、仙台支社が2000年から運用を開始した。従来、仙台支社では貨車を改造したトロッコ車両を保有していたが、運転時の入換作業や保安要員の配置など運行コストの問題があったため、置き換え用としてキハ48 547・1541を改造した。改番は実施されておらず、機関をDMF14HZに換装している。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
車体側面を大きく開口させ、外気を存分に感じることができるようにするとともに、冬季には寒気対策のために開口部にガラス戸をはめ込んだり、取り付けられたストーブを焚くことができる。また、開口部の下部にはガラス戸を設置し、さらに開放感を高めている。外装は、春から夏に掛けての車窓の自然をイメージした緑（若葉）、青（川・湖）、白（雲）、黄（光）をちりばめた爽やかなものである。車内には、難燃木材を使用した木製座席が設けられ、各ボックスにはテーブルが設置された。天井は骨組みを剥き出しにし、白熱灯を用いてレトロで暖かみのある雰囲気を創り出している。
「きらきらみちのく」は、2002年12月の東北新幹線八戸駅延伸時に設定された観光列車で、下北・津軽方面への輸送を目的としている。キハ48 1505・1506・1534を改造したが、改番はされていない。ロゴマークと同じ「き・ら・き・らみちのく」と表記されることもあった。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
前面と側面の窓は眺望に配慮して拡大し、UVカットガラスの固定式とした。塗色は青森県内各地で開催される「夏祭り」をイメージした赤を基調に窓上をグレー、窓下を白に塗り分けている。機関をDMF14HZ・変速機をDW19-Rに換装し、冷房装置（AU26J-A×2）を屋根上に搭載した。車内は、1・3号車（1505・1506）に2人掛けと1人掛けの回転式リクライニングシートを装備、2人掛けシート設置部は床を100 mmかさ上げしたハイデッキ構造とし、1人掛けシートは眺望に配慮して45度窓側に向けた状態で固定可能であるほか、トイレと洗面所も新設し、客室との間に喫煙室を設置している。2号車（1534）は座面を畳敷きとしたボックスシートで、背もたれを高くした個室に近い構造となっているほか、前位には、観光用VTRや運転席からの映像を放映することができるモニタを備えた情報コーナーを設けている。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
休日を中心に、東北新幹線「はやて」に接続して八戸 - 大湊間で運転されていたが、2010年11月28日に「きらきらみちのく」での運行を終了した。また、釜石線・大船渡線の臨時列車でも使用された。その後、「青森デスティネーションキャンペーン」にあわせて、八戸線沿線の海をコンセプトに、上部はさわやかな「空の青」、下部は太平洋の「深い青」、上部と下部の境目に「水平線から昇る太陽（サンライズ）」をイメージした塗装に変更するなどの再改造が行われ、2012年春から八戸線を中心に運行されており、愛称は一般公募により「リゾートうみねこ」となった。2020年に運用を終了した。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
2002年の東北新幹線八戸駅延伸を機に、八戸線の観光路線としての活性化を図るために導入された列車である。キハ48 555・1549の座席を回転式リクライニングシートに交換し、トイレを洋式として汚物処理装置を装備したが、冷房装置の搭載や機関の換装は行われていない。塗装は、車体中央部を海をイメージした青として本列車のネーミングの元となったウミネコを描き、車端部は太平洋の日の出をイメージした赤として、その間に白と黄のストライプを入れたものとしている。「うみねこ」運行終了に伴って臨時列車に使用されており、JR東日本盛岡支社HPでは「キハ48系リクライニング車」と表記される。2006年5月3日と2007年9月17日には津軽線の臨時快速「終着駅号」として運行されたほか、三陸鉄道北リアス線経由で宮古駅まで乗り入れたこともある。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
2011年4月から八戸線を走るリゾートトレイン「リゾートうみねこ」の運行開始に伴い、「うみねこ」としての定期運行が終了し、同年9月の全般検査の際に車体中央部のウミネコのイラストと文字が消され、前面のヘッドマークも外された。2012年8月11 - 19日のお盆期間に、盛岡 - 釜石間の快速「ふるさとの風釜石」として運行され、同年10月からは土曜、日曜、多客期および大人の休日クラブパス使用可能日に新青森 - 大湊間で運行していた「リゾートあすなろ下北1号・2号」に代わって、八戸 - 大湊間の臨時快速「まさかり」として運行された。なお、当時大湊線を走行する車両では唯一の非冷房車であった。2014年2月23日に臨時快速「まさかり」の運行が終了し、同年6月1日から走行線区と運転時刻はそのまま、臨時快速「なのはな」となり、7月1日から臨時快速「はまなすベイライン」へと改称した。
2017年11月21日に秋田総合車両センターへ配給輸送され、同年11月22日付で廃車された。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
2002年12月の東北新幹線八戸延伸に伴って展開された「北東北ディスティネーションキャンペーン」に合わせて導入された「リゾートしらかみ」の増備車である。従来の編成と編成両数や設備が異なり、区別するために従来編成が「青池編成」、この改造車が「橅編成」と命名された。従来の「青池編成」が4両編成であるのに対して3両で組成されていたが、後の2010年12月のダイヤ改正で旧「青池編成」に連結されていたキハ48 1543を組み込み、4両編成化された。
キハ40形3両を改造したが、種車が両運転台であるため後位側の運転台を撤去し、その跡にトイレ・洗面所または喫煙室を設置した。これにより形式をキハ48形に変更し、車番を改めた（キハ40 506・507・510 → キハ48 701・702・1701）。外観は「青池」編成の青に対して白神山地の深緑を車体色とした。本編成では客用扉にドアチャイムが設置されている。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
2016年7月15日にHB-E300系に置き換えられ、その後は「あきたクルーズ号」として、2018年4月18日より秋田港に寄港するクルーズ客船の乗客専用列車「秋田港クルーズ列車」（秋田 - 秋田港間）として運行を開始した。転用に際して、塗装が白と青のツートンカラーに変更された。その後、2020年9月1日付で廃車された。2022年の秋田港クルーズ列車運転再開時は、前述の「クルージングトレイン」を後継に充当したが、同編成も引退した2023年は一般型の車種（GV-E400系）を充てている。
2006年3月18日のダイヤ改正で「リゾートしらかみ」は多彩な観光メニューに対応するため3往復体制となり、これに併せて「くまげら編成」が新たに投入された。
内装と設備は橅編成と同一であり、本編成も客用扉にドアチャイムを設置する。種車は両先頭車がキハ40形で、中間車は旧「青池編成」のキハ48 1521である（キハ40 515・520 → キハ48 703・704）。当初3両編成であったが、2010年12月のダイヤ改正でキハ48 1503を組み込み、4両編成化された。
外観は白地にオレンジ色を基調として、青・緑の帯を入れている。
「みのり」は、2008年10月から12月にかけて開催された「仙台・宮城デスティネーションキャンペーン」の一環として、郡山総合車両センターで改造された。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
2008年10月1日から「リゾートみのり」として仙台 - 新庄間（東北本線・陸羽東線経由）で運行を開始した。「みのり」の愛称は一般公募によるもので、陸羽東線のキーワードである「稲穂」＝実りある収穫、「温泉」＝実りあるひととき、「紅葉」＝実りの秋、そして「実り多い旅にしてほしい」という意味が込められている。
東京方先頭1号車からキハ48 550+キハ48 549+キハ48 546普通車3両編成で、番号は改造前と同一。
2020年に運用を終了し廃車となった。
「越乃Shu*Kura」は、2014年4 - 6月に開催された「新潟デスティネーションキャンペーン」の一環として、新潟トランシスと郡山総合車両センターで改造された。
2014年5月2日から「越乃Shu*Kura」として高田 - 十日町間（上越線・飯山線経由）で運行を開始した。
キハ48 558+キハ48 1542+キハ40 552の普通車3両編成で、車両番号は改造前と同一。1号車はびゅう旅行商品専用車両となっている。キハ40系列の中で初めて前照灯がLED化され、ATS-P搭載改造を施工した。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
2005年10月1日から呉線（瀬戸内さざなみ線）広島 - 三原間において観光列車「瀬戸内マリンビュー」が運行されるのに伴い、キハ47形2000・3000番台を改造したもの。キハ47 7001と7002の2両編成で、トイレ付き車とトイレなし車で2両編成を組み1両は指定席車として運用されるが、種車と異なりトイレの有無による番台区分はされておらず通番が付与されている。いずれも改造と同時に体質改善工事を施工している。
前面は方向幕や貫通扉が埋め込まれ、船を意識したオールとライフブイが飾られている。側面は運転室側の乗降扉が埋められ、ステップもかさ上げされている。指定席車のキハ47 7001は山側の腰掛に海側を向いてソファーシートが採用されるなど、客室も大幅に変更されている。一方、自由席車のキハ47 7002は乗降扉が一箇所となったほかは基本的に従来どおりである。リニューアル工事も含めた改造費用は8,000万円で、呉線沿線の4自治体（三原市・竹原市・東広島市・呉市）が全額を負担している。
2012年に宮島口 - 三原間で「清盛マリンビュー」として運転された際には、列車のヘッドマークに「大河ドラマ『平清盛』広島県推進協議会」のキャラクター「ひろしま清盛」のイラストを用い、正面右側（運転士側）のオール・ライフブイの代わりに大しゃもじが飾られるなどの意匠変更が行われた。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
宮島口 - 尾道間で2020年秋より運行開始する新たな観光列車『etSETOra』（エトセトラ）への再改造に伴い、2019年12月22日に運行を終了した。
2007年7月1日から山陰本線新下関 - 仙崎間で運行された観光列車「みすゞ潮彩」用にキハ47形0・1000番台を改造したもの。外装には列車名になった童謡詩人・金子みすゞの生きた時代にちなんだアール・デコ調の装飾が施され、側面は、指定席車は運転室側の乗降扉が埋められて三角形や八角形の窓がはめ込まれ、海側の窓配置が大幅に変わった一方で、自由席車は海側・山側とも従来どおりである。
指定席車の客室は全席海側を向いた座席となるなど大幅に変更されている。一方、自由席車は一般的なキハ47形のリニューアル車の内装とほぼ同じであるが、トイレが洋式に改造されている。改造費用の8,000万円は山陰本線沿線の自治体である下関市と長門市が負担した。車番は「瀬戸内マリンビュー」の続番であるが、こちらは前面の貫通扉が存置され一般車との連結も可能である。
「みすゞ潮彩」は2017年1月29日に運行を終了し、「○○のはなし」に再改造された。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
2014年4月26日、「天空の城 竹田城跡号」ラッピング列車として運行を開始した。当初は改造のない単なるラッピング車両だったが、床を木目調として窓向きの座席を配置し、観光情報を映すモニターを設置するなどのリニューアルが行われ、2015年3月20日より運行を開始している。
2019年5月6日に「天空の城 竹田城跡号」としての運行が終了し、新たな観光列車「うみやまむすび」としてリニューアルされることが発表された。
キハ48形2両（キハ48 4とキハ48 1004）を改造し、七尾線観光特急列車「花嫁のれん」として2015年10月3日から運行を開始した。車両の落成は2015年8月26日で、特急用車両であるが、台車は従来のDT22D・TR51Cのままで、最高速度も従来と変わらず95 km/hである。
2015年1月22日、キハ40形1両を改造して城端線・氷見線にコンセプト列車として北陸デスティネーションキャンペーンまでに運行を開始することが発表され、同年10月10日から運行を開始した。列車名は「ベル・モンターニュ・エ・メール」（愛称：べるもんた）となった、車種はキハ40 2027で、落成は2015年9月10日である。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
キハ47 47・1036を2016年に改造した車両。「郷愁」をテーマに、外装色は国鉄一般色を模したものとし、座席を青いモケットとするなど国鉄時代をイメージした内外装に改装している。また、栓抜きの取り付けや窓向きの座席を設置するなど観光列車向けの設備としている。
2016年から津山線の定期普通列車で使用されているほか、臨時快速「みまさかノスタルジー」としても運用されており、2020年には国鉄急行色を模した塗装に変更された。
なお、後にキハ40 2134も同色に塗装変更されているが、キハ47形と異なり車内の改造はなされていないほか、キハ47形の国鉄急行色化以降も、国鉄一般色のまま運用されている。
キハ47 7003・7004は2017年1月29日に「みすゞ潮彩」の運行が終了したのち再改造され、同年8月5日から新下関 - 東萩間を運行する新たな観光列車「○○のはなし」の運行に使用されている。1号車（元自由席車）も2+1列の大型テーブル付きボックスシートに改められて指定席化され、海側の窓が大型化されている。2号車（元指定席車）は座席配置等に大きな変更はないものの、売店スペースがオープンカウンターになり、全体的に木目を強調したデザインに改められている。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
2024年1月13日から同年3月3日までの土曜・日曜・祝日に山口線新山口-津和野間で1日1往復の運行を予定している。車内では週ごとに沿線の魅力に関する「はなし」をするイベントを実施する（下りのみ）。
2017年8月17日に｢山陰デスティネーションキャンペーン（山陰DC）｣（2018年7 - 9月開催）に合わせ、キハ47形2両編成の観光列車「あめつち」が発表された。2018年2月28日に詳細デザインが発表され、デザインに映画監督の錦織良成（島根県出雲市出身）・スタジオジブリのアニメーション美術監督である吉田昇（島根県松江市出身）が協力している。2018年7月1日に運行開始した。車種はキロ47 7005とキロ47 7006で、番号の新旧対照は下記のとおりである。
キハ47 3016・2010 → キロ47 7005・7006
元「天空の城 竹田城跡号」のキハ40 2007を改造した「うみやまむすび」は宝箱をイメージしたデザインの車両で、2019年より城崎温泉駅を中心に普通列車として運行されている。車内は2人掛けの転換クロスシートと窓向きの3人掛けカウンター席があり、全席自由席となっている。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
「etSETOra」は「瀬戸内マリンビュー」からの再改造車で、2020年10月3日より運行開始。全車グリーン車指定席に改造され、車番は「キロ47-7001+キロ47-7002」となった。車内にはバーカウンターや窓と並行の座席が設置。景色を楽しめられる構造となった。また、トイレはバリアフリー化された。
2022年3月17日、キハ40形1両を改造し、｢岡山デスティネーションキャンペーン（岡山DC）｣（2022年7月から同年9月に開催）で、同年7月より運行を開始すると発表された。種車はキハ40 2049で、改造工事は後藤総合車両所にて行われ、6月12日に岡山気動車区まで配給輸送され、同月14・15日の2日間でラッピングが施工された。
また、同月23日に津山まなびの鉄道館で車両展示され、7月1日から運行を開始した。
キハ47 501・1501を、2014年7月に予讃線で運行を開始した「伊予灘ものがたり」用に改造してキロ47 1401とキロ47 1402としたもの。種車は2両とも2011年3月31日付で廃車された後、多度津工場で保管されていたが、車籍が復活した。2021年末に老朽化に伴い運行を終了し、2022年6月30日付で廃車された。後継車の2代目「伊予灘ものがたり」はキハ185系の改造車である。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
2004年の九州新幹線（鹿児島ルート）部分開業に伴い新設された観光特急「はやとの風」用に、キハ140 2066とキハ147 1045の2両を改造した。車体中央部の窓を床面から屋根にまで達する大きなものに取り替えて展望スペースを設けたほか、座席を回転式リクライニングシートに交換、内装には難燃性の木材を使用している。塗装はロイヤルブラック1色とされ、各所にロゴをちりばめている。その後、「指宿のたまて箱」用改造車と同じく、上下振動の抑制を図るため、台車の枕ばねに減衰力制御弁付きの可変減衰上下動ダンパを、車体に4つの加速度センサーと制御装置をそれぞれ搭載した が、台車本体はDT22D・TR51Cのままで、最高速度も従来と変わらず95 km/hである。
2006年には追加でキハ47 8092が改造され、キハ147 1045を方向転換したうえで同車と2両編成を組むようになり、キハ140 2066は多客時の増結用となった。キハ47 8092は指定席用で、内装が従来車に比べて明るい白木仕上げに変更されている。
2012年3月にはキハ140 2066が「指宿のたまて箱」仕様に再改造され、同列車の増結用ならびに両列車の共通予備車となった。
2022年3月21日をもって「はやとの風」としての運行を終了し、「ふたつ星4047」に再改造された。
国鉄キハ40系気動車 (2代) ジョイフルトレイン・観光列車への改造
日本三大車窓のうちの1つを有する肥薩線人吉駅 - 吉松駅間では1996年より観光列車「いさぶろう・しんぺい」が運転されており、キハ31形の簡易お座敷改造車が使用されていたが、2004年3月の九州新幹線新八代駅 - 鹿児島中央駅間部分開業に合わせてキハ140 2125がリニューアルされて投入された。
外板塗色は九州新幹線の800系「つばめ」にも使用している古代漆色（深赤）で、座席は木製ベンチ風のボックスシートとしている。また、車体中央部に窓を拡大した展望スペースが設けられているのは「はやとの風」用車両と同じ。トンネル内を照らすため、尾灯の脇に前照灯を増設している。
多客時の増結用として、2004年10月にキハ47 1082がキハ47 9082に改造された。同車は機関と変速機は換装されがたが、窓の拡大はされていない。2009年7月には「いさぶろう」「しんぺい」を3両編成で運転するためキハ47 8159（機関・変速機換装済み）にも同様の改造を行った。同車にはバリアフリー対応トイレの設置、車椅子スペースの設置が追加で行われている。キハ140 2125については「かわせみ やませみ」との共通予備車となった。
2017年11月3日、肥薩線坂本 - 葉木間の踏切でのトレーラーとの衝突事故により、キハ140 2125が損傷した。
2020年7月の熊本豪雨で肥薩線の八代駅 - 吉松駅間が長期不通となった以降は鹿児島本線の臨時列車などに使用された。キハ140 2125は2022年に「ふたつ星4047」へ改造された。2023年10月4日の団体臨時列車を最後に「いさぶろう・しんぺい」としての運行を終了し、「かんぱち・いちろく」に再改造された。
2011年の九州新幹線鹿児島ルート全線開通に伴い設定された指宿枕崎線の観光特急列車「指宿のたまて箱」用で、キハ47 8060とキハ47 9079の2両が改造されている。外部塗装は海側（下り方向に向かって左側）側面と前面の海側半分が白色、山側（下り方向に向かって右側）側面と前面の山側半分が黒色としている。車内は回転式リクライニングシートで、一部は窓側を向いた1人掛けで、書棚やベビーサークルなども設置されている。また、沿線の浦島太郎伝説にちなみ、ドアが開いた際には玉手箱の煙に見立てたミストが連結面寄りの噴出口から噴射される。また、レールの継目部での上下振動を低減するため、台車の枕ばね（コイルばね）に併設されていた従来のオイルダンパを、減衰力制御弁付きの可変減衰上下動ダンパに換装し、その減衰力を車体に搭載した4つの加速度センサーと制御装置で検知した上下振動加速度を元に計算した減衰力指令値により制御することにより、上下振動を抑制している。
2012年3月には、「はやとの風」用だったキハ140 2066が、再改造のうえ「指宿のたまて箱」用の増結車となった。
2017年3月4日に運行を開始した、肥薩線観光特急「かわせみ やませみ」用に、キハ47 8087および、キハ47 9051を改造した。 人吉駅側の1号車（キハ47 8087）は青を基調とした「かわせみ」車両、熊本駅側の2号車（キハ47 9051）は緑を基調とした「やませみ」車両で、車内には885系にも使用されている座席を使った回転リクライニングクロスシートや、景色を眺められるカウンター席と子ども椅子、複数人でも楽しめるようにボックスシートが設置されている。また、2号車には通常の座席よりも幅の広い「やませみベンチシート」やソファー席も設置されている。2号車の熊本側にビュッフェ（サービスコーナー）が、1号車の人吉側に多目的トイレと展望コーナーが設置されている。このほか、前照灯が増設され、ドアが片側2箇所から1箇所に削減されたり、車端部にオブジェを設置するなどの改造が行われた が、車番は変更されていない。
2015年8月8日に運行開始した「或る列車」に使用される車両で、2012年にJR四国から譲受した元徳島運転所所属のキハ47 176・1505（いずれも2011年4月30日廃車）を小倉総合車両センターで改造してキロシ47 9176・3505としたもので、キハ40系列で初めて食堂車（「シ」）となった。なお、「キロシ」の形式記号は国鉄時代を通じても初の形式記号である。廃車済の車両を改造したため、2015年7月18日付の新製扱いである。配置は長崎支社長崎鉄道事業部佐世保車両センターであり、同支社では2002年以来の配置となった。
明治時代末期に九州鉄道が導入した豪華客車をモチーフとしており、鉄道模型愛好家の原信太郎が製作した同車の模型をベースに、原の次男で原鉄道模型博物館副館長の原健人の監修のもと、水戸岡鋭治がデザインを担当している。改造費用は2両計で約6億円で、「ななつ星」とほぼ同額、「指宿のたまて箱」より高額となった。
車両前面の列車種別表示器上に前照灯を追加し、乗降扉は各車2箇所から、キロシ47 9176は前位側に1箇所、キロシ47 3505は後位側1箇所に変更し、側面には車外スピーカーを増設した。エンジンはコマツ製SA6D125HE-1に、液体変速機はTACN22-1612Aに交換された。最高速度は走行装置の制限のため95km/hのままで変更はない。そのほかの改造内容は以下のとおり。
キハ47 176 → キロシ47 9176
大分方1号車。定員22人。トイレ撤去。台車はコイルばね式のDT22D・TR51Cであるが、「はやとの風」用車と同様に枕ばねに可変減衰上下動ダンパを搭載し乗り心地を改善している。
キハ47 1505 → キロシ47 3505
日田方2号車。定員18名。トイレ設置。台車は空気ばね式で、動台車はペデスタル式・1軸駆動のDT44から円筒案内式・2軸駆動のDT44BKに変更され、従台車はペデスタル式のTR227のままである。
2022年9月23日に運行開始した「ふたつ星4047」に使用される車両で、前述の「はやとの風」の2両（キハ47 8092・キハ147 1045）と「いさぶろう」・「しんぺい」の1両（キハ140 2125）を組み合わせた3両編成である。車番は3両とも「4047」に改められている。
2024年4月26日に運行開始した「かんぱち」・「いちろく」に使用される車両で、「いさぶろう・しんぺい」の2両（キハ47 8159・キハ47 9082）とキハ125形1両を組み合わせた3両編成である。3両全ての形式名が2R形に改められ、グリーン車に変更されている。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 会社別概況
キハ40系は1977年より888両が製造され、北海道から九州までの各地に投入された。最初の投入は1977年2月の北海道用キハ40形、および福知山地区の山陰本線京都口用キハ47形であった。キハ48形の投入は1979年からである。1976年度に北海道地区に導入されたキハ40形100番台と福知山地区に導入されたキハ47形0番台各16両および、1977年度に東北地区に導入されたキハ40形500番台20両が量産先行車に位置付けられ、その運用結果が良好であったため1978年度から量産体制に入り、キハ10系の代替が進められた。本系列によるキハ10系の代替は1980年度まで行われ、併せて1979年度からはキハ20系のキハ20・21・22・25形のうち老朽化の進んだ車両を代替した。新造された車両の形式別・予算別の配置先は下表の通り。
1987年の民営化では、1983年に指宿枕崎線の脱線事故で事故廃車となったキハ40 2055を除く887両が全旅客鉄道6社へ継承された。
JR北海道は、キハ40形100番台150両とキハ48形7両（JR北海道は、キハ40形100番台150両とキハ48形7両（300番台4両・1300番台3両）の計157両を継承した
。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 会社別概況
電化区間の割合が低く、輸送量の少ない区間の多い北海道では、多くの区間で本系列が普通列車の主力として使用される。キハ54形など、他形式を常用する区間でも臨時で運用される例や、電化の有無にかかわらず気動車を運用することで、運用コストの最適化を図るため、電化区間でありながら使用される函館本線・室蘭本線のような事例もある。
キハ48 301 - 303を除くすべての車両には、ワンマン運転対応・機関換装・冷房装置搭載などの、札沼線用のキハ48 301 - 303には、片側の座席の1人がけクロスシートへの交換などの、線区の事情に応じた改造と改番が行われた。キハ400形・キハ480形を除く各車共通の改造点としては、電磁ブレーキ制御用のKE67形電気連結器の撤去と、ワンマン運転時および客用扉の半自動扱い時に共通で使用する、KE67形電気連結器の増設 が挙げられる。
老朽化した本系列の置き換え用としてH100形が2020年3月から各線区で営業運転をしており、本系列の淘汰が進められている。2023年11月24日（同25日更新）の北海道新聞電子版で、JR北海道は翌2024年度末でキハ40形の定期運行を廃止する考えである旨が報道された。なお、同記事は観光列車用に改造されたいくつかの車両はその後も残る予定としている。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 会社別概況
キハ40形117両（500番台92両・1000番台7両・2000番台18両）・キハ47形28両（0番台3両・500番台12両・1000番台2両・1500番台11両）・キハ48形74両（500番台41両・1500番台33両）の計219両を継承した。
民営化後に高出力車のキハ100系・110系が導入されたため、収容力は大きいが機関出力の小さいキハ40系気動車は比較的平坦でワンマン運転に適さない線区の配置となった。他社に比べて数は少ないが、線区の事情に応じたワンマン運転対応工事や座席の変更の他、冷房装置の搭載、機関の直噴化改造や換装も実施されている。秋田地区の男鹿線用車と新潟地区の羽越・磐越西線で運用される車両には、更新時に混雑対策としてロングシート化とデッキ仕切りの撤去も実施された。なお、形式もしくは番号の変更を伴う改造は、前述のキハ40形1000番台2両とジョイフルトレイン・観光列車への改造にともなう8両のみである。
1998年6月から2006年4月にかけてキハ40形13両とキハ48形2両の計15両が余剰により廃車となっている。2002年に廃車されたキハ40 511は会津鉄道に譲渡され、本系列初の譲渡例となった。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 会社別概況
2011年3月11日の東日本大震災による津波により、キハ48 502・1512（石巻線女川駅停車中の1639D）、キハ48 552・1544（気仙沼線松岩 - 最知間の2942D） が流出し大破、廃車になっている。また、女川駅隣接の温泉施設「ゆぽっぽ」において、車内を畳敷きとして休憩室として利用されていた旧キハ40 519も津波で流され大破している。
2017年からの新型車両の導入で本格的に淘汰され、ジョイフルトレイン以外の車両は2021年3月に運用を終了している。
JR東海は、キハ40形14両（500番台2両・2000番台12両）、キハ47形5両（0番台2両・1000番台3両）、キハ48形40両（0番台3両・500番台18両・1000番台2両・1500番台17両）の計59両を継承した。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 会社別概況
機関換装は1989年以降に少数に実施した後、1997年度からは本格的に実施されて1999年度までに全車完了しており、これにあわせて全車を改番している。また、冷房装置の搭載は1988年に試験的に実施した後、1990年度からは床下搭載型のAU27形とAU28形によって本格的に実施され、1991年度に全車の改造を完了した。ワンマン化工事は、1991年のJR東海交通事業城北線開業に伴い同線用に貸し出されたキハ40 2057・2112に実施された後、翌年には武豊線のワンマン化に伴いキハ48形にも実施され、その後ワンマン運転線区の拡大により所属車の半数以上が改造されたが、キハ47形は改造されなかった。
車体の塗色は1990年頃まで首都圏色であったが、1990年頃から順次アイボリー地に湘南色（緑とオレンジ）のラインを入れたJR東海色となった。2011年からキハ40 3005・キハ40 6309・キハ48 3812・キハ48 6812・キハ48 6502の5両は旧国鉄一般形気動車標準色類似の塗色になっており、この5両の最終配置はキハ40 6309が美濃太田車両区、残りの4両は伊勢車両区であった。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 会社別概況
2015年3月23日にキハ47・48形の7両（キハ47 5001・5002・6001・6003、キハ48 3814・5511・5513）が名古屋臨海鉄道東港へ回送された。さらに、7月7日にはキハ40 6308・6312、キハ48 5501・5508・5804の5両 が、7月27日にはキハ40 5802・6307、キハ48 5803・5806・6808の5両が、7月29日には、キハ40 6309、キハ48 3815・5810・6517・6815の5両が笠寺に回送され、同日中に東港・東名古屋港を経て、名古屋港大江埠頭に搬送された。この他にも譲渡が行われ、2015年度にはキハ40系46両がミャンマーへ譲渡されている。
2016年3月26日のダイヤ改正にて運用が終了し、2016年3月30日をもって全廃となった。置き換えられた車両は、ミャンマーへ譲渡された。
JR西日本は、キハ40形63両（すべて2000番台）、キハ47形189両（0番台108両・500番台3両・1000番台75両・1500番台3両）、キハ48形5両（0番台3両・1000番台2両）の、JR各社で最多の計257両を継承した。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 会社別概況
最初の廃車は、2009年の急行「つやま」廃止に伴う2010年のキハ48形3両である。その後2020年代に入って2両が廃車となり、2023年時点ではは252両を保有している。JR西日本の一般形気動車の半分以上が本系列であるが、現在も置き換え計画はなく、後継のキハ120形とともに中国・北陸地方の非電化区間の主力として使用されている。
形式と番台の変更を伴う改造は、キハ40形・キハ47形の座席のロングシート化による改番とキハ47形の両運転台化によるキハ41形への改形式、イベント用列車への改造に伴うもののみであるが、1989年度からキハ40形の全車とキハ47形の大半にワンマン化改造が実施されている。また、全車両に体質改善工事が施工され、外観に変化が見られる。岡山気動車区に配置された車両では前照灯のLED化改造が実施されており、2020年2月時点では17両に施行されていた。
民営化に前後して様々な地域色が採用されたが、塗装工程簡略化のため2009年から朱色5号への変更が進められ、一般車の地域色はなくなった。
JR四国は、キハ40形（2000番台）11両とキハ47形42両（0番台19両・500番台5両・1000番台13両・1500番台5両）の計53両を継承した。JR四国では、「伊予灘ものがたり」用改造車を除いて形式と番号の変更を伴う改造や機関換装は実施されていないが、接客設備の改善として1988年に53両全車に対し冷房装置の設置、1989年にキハ40形全車に対してワンマン化とトイレの撤去、1993年までにキハ47形のトイレ下に汚物処理装置の取り付けが実施されている。また、2008年2月から、徳島運転所配置のキハ47形2両の車体色が新製時の首都圏色に変更されている。
2025年度以降、新たに開発される新型車両への置き換えに伴い、全廃される予定。
JR九州は、キハ40形2000番台36両、キハ47形0番台61両、500番台2両、1000番台41両、1500番台2両の計142両を継承した。2012年にJR四国で廃車されたキハ47形2両（0番台1両・1500番台1両）を譲り受けている。廃車は、1993年の日豊本線竜ヶ水駅の土石流災害で被災したキハ40形2両のみだったが、2019年より置換えが開始され、機関出力増強等未実施の車両の廃車が進んでいる。2023年時点で106両を保有し、九州島内各地で運用されている。
九州では国鉄時代に本系列に対して最初に冷房改造が行われ、民営化後も1987年から1989年にかけて全車に冷房改造が実施された。国鉄時代はバス用の装置を転用したサブエンジン式のAU34、民営化後はAU34を改良したAU600Kを搭載したほか、後に屋根上の通風器が撤去されている。ワンマン改造は、大多数に対し施行済みであるが、線区の事情に応じて内容が異なる。また、機関出力向上は1990年から数種の方法で行われており、それぞれ新形式または新番台区分となった。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 運用
1977年2月から3月にかけてキハ40形100番台が旭川機関区と苗穂機関区に8両ずつ初配置され、同年8月1日より苗穂機関区配置車が札沼線（札幌駅 - 新十津川駅間）で、9月1日からは旭川機関区配置車が石北本線（旭川駅 - 上川駅間）でそれぞれ営業運転を開始し、その後、前者は函館本線・千歳線・札沼線で、後者は石北本線・富良野線で運用された。その後、1979年度に老朽車代替用として函館本線・根室本線系統にキハ40形44両、通勤輸送の増強用として千歳線・室蘭線にキハ40形5両が導入され、1980年度に根室本線・函館本線系統にキハ40形52両、1981年度に根室本線・石北本線・函館本線・室蘭本線系統にキハ40形23両、1982年度には函館本線・千歳線・石勝線・石北本線・室蘭本線系統用にキハ40形10両・キハ48形7両がそれぞれ導入された。
2000年7月14日に根室本線尺別駅で発生した脱線転覆事故のため、キハ40 750が2000年7月19日に廃車となった。また、キハ400系のうち500番台や330番台に改造されずに残っていたキハ480 304は2006年10月6日付で廃車された。さらに、キハ40形700番台のうち2022年3月12日のダイヤ改正まで残ったキハ40 721, 730, 733, 802が改正後廃車され、形式消滅区分となった。
国鉄キハ40系気動車 (2代) 運用
2007年3月7日にキハ40 1795が函館運転所構内の脱線転覆事故で廃車になり、キハ40形1700番台は2013年4月時点では苗穂運転所に5両、苫小牧運転所に18両、釧路運輸車両所に24両、函館運輸所に20両、旭川運転所に16両の計83両が配置されていた。2016年3月には、江差線の道南いさりび鉄道への転換に伴い、9両が同社へ譲渡された。（#道南いさりび鉄道も参照）
2004年に函館運輸所のキハ40 1792, 1796が2004年・2005年の「大沼バーベキュー号」の動力車として、ナハ29000形に合わせた茶色塗装に変更されたが、その後JR北海道標準色に戻っている。2010年4月に、釧路運輸車両所所属の1749と1758が首都圏色に変更された。
札沼線（学園都市線）
2012年6月1日のダイヤ改正で一部区間が電化されたため、キハ48 301 - 303が運用から外され、3両ともミャンマー国鉄に売却されて300番台は廃区分となった。その後、2012年10月27日には桑園 - 石狩当別間の列車がすべて電車に置き換えられて、キハ40・48形330番台のうちキハ40 334・335とキハ48形1330番台全車は海外へ譲渡された。2020年5月7日に非電化で残った北海道医療大学以降が廃線となり、キハ40形400番台の定期運用がなくなって2023年4月以降に解体され、廃区分番台となった。