新潟車両センター
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165系電車
急行「佐渡」「赤倉」や快速「ムーンライトえちご」、普通列車などで運用された。国鉄時代からの湘南色の車両と「赤倉」「ムーンライトえちご」用にリニューアルされた車両があった。1995年から2001年にかけてはジョイフルトレインの「アルファ」も配置された。
181系電車
特急「とき」「あさま」「あずさ」で運用された。1982年11月15日のダイヤ改正で全車が運用を離脱、一部の車両が改造されたほかは1986年までにすべて廃車された。
183系電車
特急「とき」「あさま」「あずさ」で運用された。1982年11月15日のダイヤ改正で幕張電車区に全車転属した。
485系電車
2013年から2015年にかけてE653系に置き換えられる以前は多数の車両が配置されていて、2014年時点では485系としてはJRグループで最も多い配置数であった。
2012年時点では特急「いなほ」・「北越」、快速「くびき野」の全列車を担当するなど幅広い運用が存在した。
2014年7月12日に特急「いなほ」運用から離脱、2015年3月14日のダイヤ改正では特急「北越」や快速「くびき野」の廃止と「らくらくトレイン」運用からの離脱でそれまでの運用を失った。その後は糸魚川 - 新潟間の快速列車で使用されたが、これも2017年3月で廃止となり、全ての定期運用が終了となった。
前身の上沼垂運転区に485系が初めて配置されたのは国鉄時代末期の1986年11月ダイヤ改正時であり、青森運転所、秋田運転区、勝田電車区、向日町運転所から転入した計72両が特急「白鳥」「雷鳥」「北越」の一部を受け持った。その後1996年度から翌年度にかけて南秋田運転所から「いなほ」用6両編成が転入した。その後1997年の北越急行ほくほく線開業時に伴い、3000番台9両編成のR1・R2編成が登場し、「はくたか」の一部を受け持った。
車両は各地から転属してきたため一時期はボンネット型の先頭車を含む0番台から北海道向けの1500番台までさまざまな形態の車両が在籍していた。2013年にE653系の導入が始まる前の時点では300・1000・1500番台6両編成10本（T11-18編成/K1・2編成）、3000番台6両編成7本（R21-23・25-28編成）と増結車が配置されていた。T11 - 15・18編成とR編成は主に「いなほ」「北越」用、T16・17編成は主に「くびき野」用、K1・2編成は主に「ムーンライトえちご」用であった。
R26・27編成は、かつて特急「はくたか」用であったR1・2編成を先頭車1両の半室をグリーン車に改造の上で9両→6両に再組成したものである。両編成とも北越急行ほくほく線入線のために装備したATS-P形を引き続き装備している。また、JR羽越本線脱線事故で大破し廃車となったR24編成補完のため、この編成短縮化により余剰となった電動車ユニットと青森車両センターからの転入車4両でR28編成を組成した。
T18編成は2015年5月30日にさよなら国鉄色485系号として新潟〜酒田間を運行し、同年7月・8月に廃車されたが、先頭車のクハ481-1508は新潟市秋葉区の新潟市新津鉄道資料館にて保存されている。
その他に、臨時・団体列車用としてジョイフルトレイン「NO.DO.KA」が配置されていたが、2018年1月7日に運行を終了。同年1月10日に廃車回送され、同日付で廃車された。また臨時快速「きらきらうえつ」などで運用されたジョイフルトレイン「きらきらうえつ」も配置されていたが、2019年9月に運行を終了し2020年3月1日付で廃車され、配置が無くなった。
115系電車
2011年8月時点では、4両編成14本（TcMM'TcのL1 - L11編成およびMcM'TTcのL12 - L14編成）・3両編成32本（McM'TcのN1 - N32編成）・2両編成18本（McM'cのS1 - S15・Y1 - Y3編成）・訓練車2両編成1本が在籍した。
L・N・S編成は、信越本線（妙高高原 - 長岡 - 新潟）・上越線（水上 - 長岡）・越後線・白新線・羽越本線（新津 - 村上）で、単体または各編成を相互に連結した形で運用された。S編成の一部編成はトイレを設置していないため、単独では運用されず他編成と併結して運用された。2011年時点での塗色は、復刻塗装車や後述のリニューアル車を除き、白地に濃淡緑の線が入ったものを纏っていた。
Y編成はワンマン運転に対応した編成であり、2両単体で、弥彦線と出入庫を兼ねた越後線の吉田 - 新潟間1往復で運用されていた。塗色は1988年のデビュー当初は白をベースに朱色と黄色を纏っていたが、1990年代半ば以降は黄色をベースとして黄緑とグレーの帯が入ったものを纏っていた。
L1-L6・S13-15・Y1-Y3編成は0・500番台を組み込む編成で、全車がAU712形集約分散式冷房装置を搭載していた。なお、同装置を搭載した車両が配置されているのは、当センターが最後であった。一部車両は内装等ごく一部の更新が行われていたものの、1964年（昭和39年）製をはじめとする0番台車が最後まで原型に近い姿で存在していた。これらはE129系導入前に長野からの1000番台転入車などによって置き換えが始まり、2014年から2015年にかけて廃車となった。Y編成はE127系の弥彦線転用により、2015年3月で運用を終了した。
N編成は、全車1000番台以降の車両で構成された。一部の編成は1999年から2003年にかけてリニューアルを受け、補助電源装置のSIV化や空気圧縮機のスクリュー式への換装、内装材の更新、車椅子スペース設置、青をベースとした車体塗色への変更などが行われた。
2013年以降、長野総合車両センターから1000番台3両編成が転入しN33 - N38・N40編成として運用された。
老朽化のため2015年から2022年にかけてE129系への置き換えが進められた。2016年4月1日時点では、4両編成8本（L7 - L13・L99編成）・3両編成38本（N1 - N38編成）・2両編成12本（S1 - S12編成）・訓練車2両編成1本の172両が在籍したが、同年9月までに4両編成7本・3両編成11本・2両編成12本・訓練車2両編成1本の87両が廃車されて4両編成と2両編成は消滅、同年12月に3両編成6本18両が廃車された。2017年4月及び6月には3両編成9本27両が廃車され、2018年4月に3両編成5本15両が廃車され、これによって古くから新潟車両センターに所属していた115系は全廃となった。
2021年時点では3両編成7本（N33 - N38・N40編成）が配置されていた。いずれも2013年以降の長野総合車両センターからの転属車である。カラーバリエーションは1次新潟色、2次新潟色、3次新潟色、懐かしの新潟色、湘南色、1次弥彦色、2次弥彦色が存在した。これらの編成もE129系の増備により、2022年3月11日をもって運用を離脱した。
クモヤ143形電車
1両（51）が配置されていた。
新潟車両センター構内を中心に車両入れ換えや職員輸送で運用されていたが、115系の全廃をもって運用を終了、N38編成と共に同センターにて解体された。
E127系電車
登場時は2両13本（V1 - V13編成）が配置されていたが、2008年9月に越後線で発生した踏切事故による火災でV3編成が廃車となり、また2015年3月14日に開業したえちごトキめき鉄道妙高はねうまライン用に10編成（20両）が譲渡され、さらに2023年5月25日にV12編成が、同8月31日にV13編成が鎌倉車両センター中原支所に転属したため、当センターにおける同形式の配置は消滅した。
ワンマン運転に対応しているほか、座席は通勤・通学需要を考慮して全席ロングシートとなっている。
2015年3月までは信越本線（長岡駅 - 新潟駅間）、越後線（吉田駅 - 新潟駅間）、白新線（全線）、羽越本線（新発田駅 - 村上駅間）で普通列車を中心に運用されていた。
その後2022年3月までは弥彦線を中心とする運用（後述の115系Y編成の運用の代替）に入っていた。
2022年3月以降、定期運用はなく、E129系の代走として上越線や越後線で運用されていた。