小田急1600形電車
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1950年頃からは固定編成的に使用されるようになり、1601-1651-1602、1603-1652-1604、1605-1653-1605、1607- 1608、1609-1610のように組成されて使用された。また、1950年には戦災復旧車の クハ1660形1661が導入され、1952年まで主に1607-1661-1608の編成で使用された。この車両は、1949年1月に下十条で事故廃車となったモハ60050を復旧した車両を、1950年7月に1600形の制御車としたものである。
1951年には、1700形の新造に伴い、デハ1607 - 1610の主電動機と台車をデハ1700形に流用し、代わりに主電動機を国鉄払い下げのMT7・9・10、台車も同様に国鉄払い下げのTR25に交換、歯数比も2.26とされた。1953年から1954年にかけて、デハ1700形の主電動機・台車が新品に交換されたのに伴い、元に戻されている。
1952年11月には、2両編成のまま残っていた編成もMc-Tc-Mcの3両編成として運用することとして、不足する分の制御車としてクハ1650形1654・1655の2両を増備した。これに伴い、1661はクハ1870形1871に形式変更し、1952年11月に導入されたデハ1820形1821と編成を組むようになった。
1953年4月には全車をMc-Tcの2両固定編成とし、2両もしくは2編成を連結した4両編成で使用することとなった。クハ1650形1656-1660の5両を増備してデハ1600形と同両数とし、両形式を同番号のMc-Tcで固定編成化した。これに伴う改造内容は以下の通り。
デハ1600形1601のパンタグラフを小田原側から新宿側に移設。
パンタグラフを新宿側に統一するため、デハ1600形1602-1610を方向転換した。
デハ1600形の、クハ1650形と連結する小田原側の運転台を廃止して片運転台とし、乗務員室扉を撤去した跡には幅の狭い窓を設け、旧乗務員室部にも座席を設置、貫通扉は内開き扉のままとした。
デハ1600形に装備されていた運用表示幕を撤去した。
上記により、デハ1600形の定員は118人（座席44人）となり、自重は変更なく36.50tであった。
その後、1954年にはデハ1600形1606-1610をクハにあわせて広幅貫通路に改造し、貫通幌を設置したほか、旧乗務員室扉部の狭幅の側面窓を他の窓と同じ幅のものに変更。
上記の2両固定編成化に伴い、1953年4月20日より急行列車の4両編成での運転が開始されている。その後、同様に1958年には1900形のうち、3両固定編成のものに新造のクハ1950形を加えて2両固定編成に改造したほか、1957年には特急用から通勤用に改造された1700形が4両固定編成となっており、1959年時点でのABF車（1500-2100形）の運用は4両編成の1700形×3運用、1900・2100形×3運用、1600形×5運用、1900形×2運用の計13運用、2両編成の1900形×7運用で、4両＋2両の6両編成での運行も行われていた。
1958年より東急車輛製造で更新改造が開始され、正面窓のHゴム支持化、側面窓のアルミサッシ化、客用扉のプレスドア化、尾灯の窓上設置、室内デコラ張り化、室内灯の蛍光灯化、肘掛けのパイプ化、電動発電機 (MG) ・空気圧縮機 (CP) をクハに移設、狭幅貫通路の車両は広幅貫通路化、半室運転台の車両は全室運転台化などがなされた。また、奇数の編成がデハを新宿向きに、偶数の編成が小田原向きになるように向きが揃えられ、1601 - 1651と1602 - 1652が番号の振り替えを行っている。この更新時に、クハ1651 - 1653は車体を東急車輛製造で新造し、他のクハ1650形と同様の形態となり、余剰となった旧車体は上田丸子電鉄へ売却された（後述）。
改造内容は以下の通り。
各車共通
車号が偶数の編成を方向転換して、奇数の編成はデハが新宿向き、偶数の編成は小田原向きとし、1601-1651と1602-1652は番号を振り替えた。
正面窓をHゴム支持化（車掌台側は上昇式の開閉窓）、尾灯を前面窓上左右へ移設。
乗降扉をプレス加工の鋼板製のものに交換するとともに、ドア開時の引残りを廃止。
屋根上のベンチレーターをガーランド式から押込式に変更。
電動発電機・空気圧縮機をデハ1600形からクハ1650形へ移設。
、連結面側の連結器を柴田式自動連結器から日鋼式小型密着自動連結器に交換し、連結面長を250mmに、デハ1600形の全長を16460mmに、クハ1650形の全長を16350mmに変更。
デハ1600形
室内内装を薄緑色のアルミデコラ張り化、座席袖仕切を木製からパイプに、室内灯を直流蛍光灯に変更、座席奥行きを変更。
側面窓の窓枠をアルミサッシ化。
半室運転室を全室運転室に改造。正面貫通扉を交換し、蝶番の位置を運転台から車掌台側として開く向きを変更。
狭幅貫通路のままであったデハ1600形1601-1605の 貫通路を広幅貫通路化し、貫通幌を設置。狭幅のままであったデハ1600形1601-1605の旧乗務員室扉部の側面窓を他の窓と同じ幅のものに変更。
屋根全周に金属製の雨樋を設置。
上記により、定員は115人（座席46人）となり、自重は変更なく36.50tであった。
クハ1600形1651-1653
車体を東急車輛製造で新造し、他のクハ1650形と同様の形態とした。なお、余剰となった旧車体は上田丸子電鉄へ売却された（後述）。
クハ1650形1654-1655
室内内装を薄緑色のアルミデコラ張り化、室内灯を直流蛍光灯に変更。
側面窓の窓枠をアルミサッシ化。
半室運転室を全室運転室に改造。正面貫通扉を交換し、蝶番の位置を運転台から車掌台側として開く向きを変更。
貫通路を広幅貫通路化し、貫通幌を設置。
クハ1650形1656-1660
側面窓の窓枠を木製のまま銀色に塗装、1658のみアルミサッシ化。
室内内装の塗装変更。
この後しばらくは1600形の4両編成での運用が主体であったが、その後1900形の4両固定編成化に伴い、6両編成の増結用車両として使用されることも多くなった。また、当時は2両単位で車両検査が行われていたため、変則的な編成として4両編成の1900形を2両に分割したものと1600形の2両編成を連結した4両編成で運行されることもあった。その後、OM-ATSが1968年に新宿 - 向ヶ丘遊園間で、翌1969年から全線で使用されるようになり、車上装置の搭載対象外となった1600形1900形2両編成の間に連結してデハ1900-デハ1600-クハ1650-クハ1950の4両編成で運用されることもあった。
その後も時代に合わせた改造が実施されており、更新改造以降の改造履歴は以下の通り。
1959年：クハ1651は、中日本重工製短腕式軸梁式台車であるMD-5の枕ばねを空気ばねに、軸箱支持方法をペデスタル式にそれぞれ改造した試作空気ばね台車のMD-5Aを試用した。もととなったMD-5台車はクハ1950形クハ1958・1960が1958年まで使用していたものである。
1961年以降：正面貫通扉に電照式行先表示器を設置、室内天井へ扇風機を設置、電気連結器を変更。正面窓上左右の標識灯を通過表示灯（白）と尾灯（赤）兼用のものに交換、車内放送装置を設置。
1963年以降：外部塗色を黄色と青の2色塗りに変更することになり、デハ1602 (2代)-クハ1652 (2代)の編成から塗装変更を開始。
1964年以降：編成内の連結器を棒連結器に交換、クハ1650形のTR11台車の軸受を平軸受からころ軸受に改造。
時期不明：パンタグラフをS-514-CからPT-42に交換。
時期不明：乗降扉下部にホーム戸の隙間を埋めるステップを追加。