JR北海道721系電車
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731系の使用開始後、同系列と併結運用をする3両編成の車両に戸閉回路の改造を実施している。731系の半自動扉を本系列側でも制御できるよう、客用扉を操作する車掌スイッチを半自動制御可能なものに変更している。731系との併結時に「半自動」側で開扉した際も、721系は全てのドアが開くようになっており、のちに投入された733系・735系との併結時も同様の動作をする）。全車、札幌運転所にて施工された。
側扉半自動操作化改造工事（731系併設対応）
| 編成番号 | 改造日 | 改造所 | 出典 |
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| F-1 | 1997年08月27日 | 札幌 |  |
| F-2 | 1997年09月12日 | 札幌 |  |
| F-3 | 1997年08月22日 | 札幌 |  |
| F-4 | 1997年09月22日 | 札幌 |  |
| F-5 | 1997年08月20日 | 札幌 |  |
| F-6 | 1997年09月10日 | 札幌 |  |
| F-7 | 1997年08月25日 | 札幌 |  |
| F-8 | 1997年08月29日 | 札幌 |  |
| F-9 | 1997年08月18日 | 札幌 |  |
| F-10 | 1997年10月09日 | 札幌 |  |
| F-11 | 1997年09月19日 | 札幌 |  |
| F-12 | 1997年09月17日 | 札幌 |  |
| F-13 | 1997年08月14日 | 札幌 |  |
| F-14 | 1997年10月14日 | 札幌 |  |
| F-15 | 1997年09月01日 | 札幌 |  |
| F-16 | 1997年09月03日 | 札幌 |  |
| F-17 | 1997年09月08日 | 札幌 |  |
| F-18 | 1997年09月29日 | 札幌 |  |
| F-19 | 1997年07月30日 | 札幌 |  |
| F-20 | 1997年08月08日 | 札幌 |  |
| F-21 | 1997年09月06日 | 札幌 |  |
| F-1001 | 1997年09月04日 | 札幌 |  |
| F-1002 | 1997年10月30日 | 札幌 |  |
| F-1003 | 1997年10月28日 | 札幌 |  |
| F-1004 | 1997年10月20日 | 札幌 |  |
| F-1005 | 1997年10月17日 | 札幌 |  |
| F-1006 | 1997年09月25日 | 札幌 |  |
| F-1007 | 1997年10月23日 | 札幌 |  |
| F-1008 | 1997年10月07日 | 札幌 |  |
| F-1009 | 1997年10月04日 | 札幌 |  |
冬季の着雪軽減を目的に、パンタグラフを下枠交差式からシングルアーム式に換装した。8次車以外の全車が対象で、785系と同形のN-PS785形を装備した。2006年に全車の換装を完了している。
パンタグラフ取換工事（シングルアーム化）
| 車両番号 | 改造日 | 改造所 | 出典 |
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| モハ721-8 | 2005年05月07日 | 札幌 |  |
| モハ721-3015 | 2005年06月25日 | 札幌 |  |
| モハ721-3022 | 2005年04月29日 | 札幌 |  |
| モハ721-3023 | 2005年04月29日 | 札幌 |  |
| モハ721-4102 | 2005年06月27日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-4204 | 2005年09月15日 | 札幌 |  |
運転室助士席側の前面窓・客室窓をポリカーボネート板に交換する改造、および「エアポート」に運用される車両を中心に、8次車に標準装備された床下機器カバーを在来車に追設する改造が苗穂工場にて順次実施されている。
床下機器カバー取付工事
| 車両番号 | 改造日 | 改造所 | 出典 |
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| クモハ721-3022 | 2006年05月18日 | 苗穂工 |  |
| クモハ721-3201 | 2005年08月23日 | 苗穂工 |  |
| クモハ721-3202 | 2006年07月04日 | 苗穂工 |  |
| クモハ721-3203 | 2007年01月31日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-4202 | 2007年03月31日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-4204 | 2006年11月08日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-5203 | 2007年02月15日 | 苗穂工 |  |
| モハ720-3023 | 2006年05月18日 | 苗穂工 |  |
| モハ720-3101 | 2005年08月23日 | 苗穂工 |  |
| モハ720-3102 | 2006年07月04日 | 苗穂工 |  |
| モハ720-3103 | 2007年01月31日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-1009 | 2007年03月22日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-3022 | 2006年05月18日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-3023 | 2006年05月18日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-3101 | 2005年08月23日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-3102 | 2006年07月04日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-3103 | 2007年01月31日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-3201 | 2005年08月23日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-3202 | 2006年07月04日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-3203 | 2007年01月31日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-4101 | 2006年09月21日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-4102 | 2007年03月31日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-4103 | 2005年10月07日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-4104 | 2006年11月08日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-4201 | 2006年09月21日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-4202 | 2007年03月31日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-4203 | 2005年10月07日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-4204 | 2006年11月08日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-1009 | 2007年03月22日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-2009 | 2007年03月22日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-3022 | 2006年05月18日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-3101 | 2005年08月23日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-3102 | 2006年07月04日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-3103 | 2007年01月31日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-4101 | 2006年09月21日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-4102 | 2007年03月31日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-4103 | 2005年10月07日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-4104 | 2006年11月08日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-4201 | 2006年09月21日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-4203 | 2005年10月07日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-5001 | 2006年08月31日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-5002 | 2006年08月31日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-5102 | 2003年11月17日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-5103 | 2007年02月15日 | 苗穂工 |  |
| クハ721-5202 | 2003年11月17日 | 苗穂工 |  |
| サハ721-3022 | 2006年05月18日 | 苗穂工 |  |
| サハ721-3201 | 2005年08月23日 | 苗穂工 |  |
| サハ721-3202 | 2006年07月04日 | 苗穂工 |  |
| サハ721-3203 | 2007年01月31日 | 苗穂工 |  |
2007年からは種別・行先表示器の書体変更・英字併記化などの意匠変更や、自動放送装置搭載車では放送内容の変更が順次行われた。
2018年11月ごろから、6両固定編成に公衆無線LANサービスを導入した。設置工事は苗穂工場で施工された。
車内Wi-Fi設置工事
| 編成番号 | 改造日 | 改造所 | 出典 |
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| F-3101 + F-3201 | 2020年01月20日 | 苗穂工 |  |
| F-3102 + F-3202 | 2018年10月24日 | 苗穂工 |  |
| F-3103 + F-3203 | 2019年02月01日 | 苗穂工 |  |
| F-3123 + F-3222 | 2020年01月31日 | 苗穂工 |  |
| F-4101 + F-4201 | 2020年02月06日 | 苗穂工 |  |
| F-4102 + F-4202 | 2020年05月18日 | 苗穂工 |  |
| F-4103 + F-4203 | 2020年03月09日 | 苗穂工 |  |
| F-4104 + F-4204 | 2020年08月04日 | 苗穂工 |  |
| F-5101 + F-5201 | 2019年10月10日 | 苗穂工 |  |
| F-5102 + F-5202 | 2020年03月23日 | 苗穂工 |  |
| F-5103 + F-5203 | 2020年07月06日 | 苗穂工 |  |
車椅子スペース設置工事
| 車両番号 | 改造日 | 改造所 | 出典 |
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| クモハ721-3015 | 2003年12月26日 | 苗穂工 |  |
| クモハ721-3016 | 2004年01月13日 | 札幌 |  |
| クモハ721-3017 | 2004年03月15日 | 苗穂工 |  |
| クモハ721-3018 | 2004年01月23日 | 札幌 |  |
| クモハ721-3019 | 2004年03月31日 | 苗穂工 |  |
| クモハ721-3020 | 2004年02月26日 | 札幌 |  |
| クモハ721-3021 | 2004年01月14日 | 札幌 |  |
| モハ721-3023 | 2003年10月31日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-3101 | 2004年02月12日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-3102 | 2003年11月08日 | 苗穂工 |  |
| モハ721-3103 | 2004年01月22日 | 苗穂工 |  |
重要機器取替工事
| 編成番号 | 改造日 | 改造所 | 出典 |
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| F-1009 | 2016年01月22日 | 苗穂工 |  |
| F-5001 | 2016年03月09日 | 苗穂工 |  |
| F-4101 + F-4201 | 2018年09月21日 | 苗穂工 |  |
| F-4102 + F-4202 | 2017年05月11日 | 苗穂工 |  |
| F-4103 + F-4203 | 2018年03月09日 | 苗穂工 |  |
| F-4104 + F-4204 | 2017年11月01日 | 苗穂工 |  |
| F-5101 + F-5201 | 2017年06月16日 | 苗穂工 |  |
| F-5102 + F-5202 | 2017年09月20日 | 苗穂工 |  |
| F-5103 + F-5203 | 2016年08月17日 | 苗穂工 |  |