国鉄EF65形電気機関車
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1965年（昭和40年）には、貨物列車増発用として0番台が運用を開始した。また、同年10月1日からEF60形500番台と交代する形で、500番台P形（東京機関区所属）が東海道・山陽本線における寝台特急5往復（東京 - 下関間）と寝台特急「あかつき」（新大阪 - 下関間）の牽引機として運用を開始した。運用入りに際して、同年8月25・26日には営業列車（寝台特急富士）を用いた試運転が行われた。
| 配置区所 | 種別 | 車両番号 | 両数 | 総数 |
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| 東京機関区 | 一般型 | 60 - 64 | 5両 | 22両 |
| 東京機関区 | P形 | 501 - 512・527 - 531 | 17両 | 22両 |
| 新鶴見機関区 | 一般型 | 36 - 45・53 - 59 | 17両 | 17両 |
| 稲沢第二機関区 | 一般型 | 17 - 35・46・47・51・52・65 - 70・77 - 84 | 37両 | 37両 |
| 吹田第二機関区 | 一般型 | 1 - 16・48 - 50・71 - 76 | 25両 | 42両 |
| 吹田第二機関区 | F形 | 513 - 526・532 - 534 | 17両 | 42両 |

1965年10月の牽引開始時点ではP形が12両落成していたが、所要機も12両であったため予備車がなかった。そこで同時期製造のF形（513 - 517号機）を東京機関区に配置してP形と共通運用させたほか、0番台（60 - 64号機）も予備として東京機関区に配置した。それを解消するため、1966年3月25日ダイヤ改正で527 - 531号機が落成、F形は吹田第二機関区に転出した。さらに1968年10月ダイヤ改正での寝台特急増発に対応するため、535 - 542号機が配置された。
1966年（昭和41年）10月からは、レサ10000系の特急貨物列車「とびうお」「ぎんりん」の牽引にF形（吹田第二機関区所属）が充当された。600 t 以下の牽引定数の列車は単機で、600 tを超え1000 tまでの牽引定数の列車は当時の大型電気機関車には珍しい重連運転で運用された。ただし、これはEF66形落成までのつなぎ的な役割であった。1968年（昭和43年）10月にEF66形量産車が登場、東海道-東北-北海道ルートの特急貨物列車に充当された後は新鶴見機関区に配置され、新設された東北-北海道間を結ぶ特急貨物列車の運用に充てられた。またEF15形が牽引する急行貨物列車にも充当され上越方面でも運用された。積雪地区での使用に際し、一部の車両につらら切り・ホイッスルカバー・スノープラウといった簡単な耐雪耐寒装備が施された。ただし貫通扉が無いため冬季の多雪地域での重連運用の折り返し時に一旦車外に出なくてはならないことや、凍結防止用ヒーターなどの耐寒耐雪装備が不十分でトラブルが多発したこと、ジャンパ連結器栓受がスカートに左右非対称の配置であるため、デルタ線の通過などで車両の向きが変わる運用に充当しづらいなどといった難点が存在した。
| 配置区所 | 種別 | 車両番号 | 両数 | 総数 |
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| 宇都宮運転所 | PF形 | 1001 - 1051 | 51両 | 51両 |
| 東京機関区 | P形 | 527 - 531 | 5両 | 26両 |
| 東京機関区 | PF形 | 1096 - 1116 | 21両 | 26両 |
| 新鶴見機関区 | P形 | 505 - 512・535 - 542 | 16両 | 52両 |
| 新鶴見機関区 | PF形 | 1056 - 1091 | 36両 | 52両 |
| 沼津機関区 | P形 | 501 - 504 | 4両 | 4両 |
| 米原機関区 | 一般形 | 4 | 1両 | 13両 |
| 米原機関区 | F形 | 518 - 526・532-534 | 12両 | 13両 |
| 稲沢第二機関区 | 一般型 | 17 - 37・46・47・51・52・ 65 - 70・103 - 120・129・130 | 51両 | 51両 |
| 吹田第二機関区 | 一般型 | 1 - 3・5・6・8 - 16・38 - 45・48 - 50・ 53 - 64・71 - 76・85 - 86・128 | 46両 | 51両 |
| 吹田第二機関区 | F形 | 513 - 517 | 5両 | 51両 |
| 岡山機関区 | 一般型 | 87 - 102・121 - 127・131 - 135 | 28両 | 28両 |
| 広島機関区 | PF型 | 1052 - 1055 | 4両 | 4両 |
| 下関運転所 | PF型 | 1092 - 1095 | 4両 | 4両 |

1969年（昭和44年）には東北本線の東北・北海道輸送を担う旅客・貨物列車の上野方 - 黒磯間の短い直流区間を牽引する客貨両用で汎用性の高い機関車として、1000番台PF形が落成し新鶴見機関区に新製配置、その後宇都宮運転所に集中配置され東北本線・上越線での500番台F形運用（貨物列車）を置き換えた。次いで旅客運用にも投入され、1970年（昭和45年）7月1日より運転開始した寝台特急「あけぼの」（7月1日から9月30日までは臨時列車として運転）の上野 - 黒磯間を1000番台PF形（宇都宮運転所）が牽引することとなった。これが本番台初の寝台特急牽引となった。またP形の所要両数不足を補うため、同時期から「彗星」の牽引に下関運転所のPF形が使用された。東京機関区へのP形増備による0番台予備機の転出やF形の新鶴見機関区転出により、0番台は1970年までに東京機関区と新鶴見機関区の配置がなくなり、東海道・山陽本線を中心に山手貨物線、宇野線、赤穂線、岡多線などで特急貨物列車B以下の貨物列車に使用されるようになった。
1972年（昭和47年）3月15日ダイヤ改正では、貨物列車が多い山陽区間の深夜時間帯に規格ダイヤ（最高速度を95 km/hとする）が採用された。その影響で「あかつき」「彗星」「日本海」でスピードダウンが行われ、EF58形で牽引可能となった。ただし、EF58形に対して20系客車に関して必須であるMRP追加工事を行う関係から、当初はP形、PF形に加えて下関運転所配置の500番台F形も運用された。1972年10月2日以降、寝台特急牽引はEF58形（当初は「あかつき」が下関運転所所属、「彗星」・「日本海」と新設の「つるぎ」が米原機関区所属）に置き換えられた。EF58形を使用することによって東京機関区のP形は運用に余裕ができ、加えて下関運転所で集中台車検査時の代替機が必要であることから、501 - 504号機が同年9月から10月にかけて下関運転所に転属し、以前から同所に配置されていたPF形と共に使用された他、1975年3月改正までは関西発着列車も一部受け持った。また、東北本線で1往復だけ存在していたPF形による重連統括運用は、牽引係数の見直しにより単機牽引とされた。1975年3月改正直前にはF形の一部が米原機関区に転属し、EF58形と共に寝台特急を牽引することがあった。
1978年（昭和53年）6月30日付で7号機が事故廃車となり、本形式初の廃車となった。
1978年（昭和53年）7月28日からは、東京機関区・下関運転所に配置されたPF形後期型（7次車）によるP形の置き換えが行われ、同年10月のダイヤ改正までに東京発着の寝台特急7列車16本の牽引を開始した。次いで宮原機関区・下関運転所に配置された8次車では、関西圏で活躍していたEF58形などの旧型機関車を置き換えることとなった。下関配置車は、先行して配置されていた7次車と共通で東京配置車の集中台車検査代替機として、東京発着列車にもヘッドマークを装着して使用されることがあった。
1984年（昭和59年）2月1日ダイヤ改正では旅客・貨物運用双方で大きな変化が発生した。旅客運用では夜行列車が再編され、東北方面への旅客運用は宇都宮運転所から田端機関区への移管が行われた。
以下に牽引列車を示す。
寝台特急「さくら」1往復（東京 - 下関間）
寝台特急「はやぶさ」1往復（東京 - 下関間）
寝台特急「みずほ」1往復（東京 - 下関間）
寝台特急「富士」1往復（東京 - 下関間）
寝台特急「あさかぜ」2往復（東京 - 下関間）
寝台特急「瀬戸」1往復（東京 - 宇野間）
寝台特急「出雲」1往復（東京 - 京都間）
寝台特急「なは」0.5往復（新大阪 → 下関間）
寝台特急「あかつき」0.5往復（下関 → 新大阪間）
寝台特急「出雲」1往復（東京 - 京都間）
寝台急行「ちくま」1往復（大阪 - 名古屋間）
寝台急行「銀河」1往復（東京 - 大阪間）
寝台急行「きたぐに」1往復（大阪 - 米原間）
寝台特急「なは」0.5往復（下関 → 新大阪間）
寝台特急「あかつき」1.5往復（新大阪 - 下関間）
寝台特急「彗星」1往復（新大阪 - 下関間）
寝台特急「あけぼの」3往復（上野 - 黒磯間）
PF形の投入によりP形・F形は貨物列車運用に転用され、再び東海道・山陽本線で一般貨物列車に充当された。
| 配置区所 | 種別 | 車両番号 | 両数 | 総数 |
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| 東京機関区 | 一般型 | 17 | 1両 | 28両 |
| 東京機関区 | P形 | 501・502 | 2両 | 28両 |
| 東京機関区 | PF形 | 1089 - 1091・1096 - 1116・1118 | 25両 | 28両 |
| 田端機関区 | PF形 | 1003・1006 - 1051 | 47両 | 47両 |
| 新鶴見機関区 | P形 | 505 - 512・539 - 542 | 12両 | 57両 |
| 新鶴見機関区 | F形 | 527・528・536 - 538 | 5両 | 57両 |
| 新鶴見機関区 | PF形 | 1004・1005・1052 - 1088・1117 | 40両 | 57両 |
| 沼津機関区 | 一般型 | 2 - 4・6・85 - 87・128 | 8両 | 17両 |
| 沼津機関区 | P形 | 503・504 | 2両 | 17両 |
| 沼津機関区 | F形 | 513 - 519 | 7両 | 17両 |
| 稲沢第二機関区 | 一般型 | 5・18 - 37・46・47・51・52・ 65 - 70・103 - 120・129・130 | 55両 | 65両 |
| 稲沢第二機関区 | F形 | 520 - 526・532 - 534 | 10両 | 65両 |
| 吹田第二機関区 | 一般型 | 1・8 - 16・38 - 45・48 - 50・ 53 - 64・71 - 76 | 37両 | 37両 |
| 宮原機関区 | PF形 | 1001・1128 - 1139 | 13両 | 13両 |
| 岡山機関区 | 一般型 | 88 - 102・121 - 127・131 - 135 | 27両 | 27両 |
| 下関運転所 | PF形 | 1002・1092 - 1095・1119 - 1127 | 14両 | 14両 |
1985年（昭和60年）3月14日ダイヤ改正の際、「さくら」「はやぶさ」「みずほ」「富士」「あさかぜ」の東京 - 下関間での牽引がEF66形に置き換えられた。これは、「はやぶさ」の編成中にロビーカーを増結して牽引定数が増加し、従来のEF65形では牽引力が不足するためである。同時に東京機関区・宮原機関区配置がなくなり、それぞれ新鶴見機関区・吹田機関区に転属となった。東京機関区の運用はそのまま新鶴見機関区が担当したが、原則として東京区から転属した車両が同区に常駐の上で使用され、台車検査と交番検査の際に新鶴見区に回送された。宮原機関区の運用は新鶴見機関区と下関運転所に移管された。運用減による余裕から一部が貨物列車牽引機に転用された。東海道・山陽本線での旅客運用は5列車10本（寝台特急6本、急行4本）までに縮小されたが、東北方面での運用は急行2列車4本が追加された。
1986年11月には、国鉄分割民営化を見据え以下のような車両配置換えが行われた。
東京機関区から新鶴見機関区への移籍車のうち、分割後にJR東日本に所属するPF後期形は田端機関区へ、入れ替わる形で田端区に所属していたPF前期形の大半はJR貨物に引き継がれることから新鶴見区に移籍した。
宮原機関区から吹田機関区への移籍車のうち、分割後にJR西日本に所属するPF形は下関運転所に移籍した。
沼津機関区、稲沢第二機関区、高崎第二機関区に分散配置されていたF形が高崎第二機関区に集中配備され、同機関区のEF60形が置き換えられた。