일본국유철도 D51형 증기 기관차
운용

전국의 간선·지선에 보급되어 어디서든지 그 모습을 볼 수 있었다. 다만, 시코쿠에서는 도산선 한정으로 사용되었다. 화물용으로도 수수한 존재였지만, 주오 본선이나 하코다테 본선의 급구배 구간(오샤만베 역 - 오타루 역 사이)과 같이 급구배 구간이 많은 노선에서는,급행을 포함한 여객 열차의 견인으로 사용되는 일도 많아, 우에쓰 본선 등과 같은 평평한 노선에서도 여객 열차 견인에 사용된 예가 있다. D51형은 축중이 무겁기 때문에 대부분 도카이도 본선이나 산요 본선, 도호쿠 본선 등의 간선의 화물열차를 중심으로 견인했다.
운전·보수 양면에서는 일부 구배선(후술)을 제외하고 대체로 호평을 받아, 전국적으로 철도 차량의 보수상태가 열악했던 제2차 세계대전 종료 직후에도, D51형은 9할이 넘는 차량이 여전히 가동할 수 있는 상태였다고 한다.
그러나, 본래의 사용 목적인 중량 화물 열차 견인쪽 에서는, 출력의 증대와 입선 범위 확대를 위한 동축중의 감소, 거기에 차체 전장 단축등의 설계 때문에 부적절한 동축중배분에 의해서, 급구배에서의 견인 시에 생기는 중심 이동 때문에 공전하기 쉬운 경향이 있어, 경사선에서는 설계 기본 모델이였던 D50형이 유리한 국면이 많이 존재했다.또, 차체 전장 단축 때문에 생긴 중심 위치의 불균형을 운전대의 소형화로 때우려는 등 승무원의 작업 환경을 무시한 설계로 되어 있어, 운전대가 넓고 승차감이 뛰어난 D50형을 운용하던 승무원들에게서 혹평을 받았다.그 중에서도 초기형(나메쿠지형)의 평가가 매우 낮고, 사례로서 1·2호기를 비롯한 초기형의 신차배치구였던 쓰루가기관구, 그리고 기소후쿠시마기관구등의 각 기관구는 일단 초기형을 받아들였지만 대부분 예외 없이 2년 전후로 빠르게 다른 구로 전출시켰고 그 후 다른 선택권이 존재하지 않을 때까지 초기형 방식을 받아들이지 않았다.표준형을 갑자기 하마마츠 공장에서 만들기 시작하여 중심 위치를 수정해, 공전 문제를 다소나마 개선한 것의 배경에는, 이러한 급구배선 담당 각 기관차구의 수취 거부와 같은 엄격한 대응이 영향을 준 것이다.
게다가 전술한 각 기관구는 표준형에 대해서도 부정적이여서, 가미스와기관구에서는 1941년에 D51형 3량이 배치되었지만, 그 해에 전부 다른 기관차구로 전속시켜 D50형으로 되돌렸다. 이에 비해, 평평한 노선을 담당하는 기관구들은 이나자와 기관구처럼 부정적인 반응은 나타내지 않고, 오히려 고속주행시의 탈선대비장치이 채택되고 있던 점을 이용해 비교적 온순히 도입되었다.
1941년부터 생산된 C59형은, 처음 계획할땐 D51형과 같은 보일러를 사용함으로써 양산 효과나 보수의 용이화라고 하는 장점이 생길 예정이었지만, D51형에게 있어서는 중심 문제가 해결되지 않았기 때문에, 공통보일러를 포기하는 대신 D51형의 것을 기본으로 하면서 보일러를 500mm 연장해 중심을 앞쪽으로 이동시킨 보일러로 설계됐다.
국철형 증기기관차 중에서도 특히 말기까지 수많은 기체와, 높은 인지도에 의해, "대명사"로 표현되기도 하지만, 실제로는 앞서 기술한 바와 같이 기본설계 차원에서 심각한 문제를 안고 있었으며, 그 광범위한 운용과 인지도는 전시체제에 따른 화물기 수요 대량 증가에서 온 방대한 양산 결과에 불과했다.
세키쇼선・무로란 본선의 화물열차를 견인할때, 유바리 방면의 탄광에서 무로란 항으로 향하는 2,400 t의 석탄 열차를 D50형과 함께 단기로 견인하는 운용을 하던 적이 있었다. 1952년 2월에 오이와케 - 무로란 간에 3,000톤의 견인테스트를 했는데 성적은 양호했지만 단선 구간의 선로 유효길이 관계로 실현되지 못했다.이 열차의 예사롭지 않은 길이는 빈 차일 때 느린 상승곡배인 것과 합하여, 길게 이어진 화차가 공기를 끌어들여 저항이 늘어 속도가 오르지 않았을 정도이다.
전철화나 디젤화의 영향으로 폐차가 본격적으로 시작된 것은 1967년경부터로, 증기 기관차 중에서 마지막 시기까지 많은 D51형이 남아 있었다. 특히 1960년대부터 1970년대에 걸쳐 세키호쿠 본선, 도호쿠 본선, 오우 본선, 하쿠비 선 등의 급구배 구간에서 중련이나 3중련을 하고 활약하는 모습은 당시의 "SL붐"을 일으켜, 철도 동호인과 사진작가, 그리고 매스컴 관계자들 사이에서 엄청난 인기를 끌었다.
또 우에쓰 본선을 비롯한 일본의 원풍경이 남아 있던 선로를 달리는 위풍당당한 모습을 촬영하는 철도 동호인들의 모습도 많았다.
하지만 제조된 수가 많아, 증기기관차 가운데도 잔존 양수가 많고 다른 기관차보다 많이 볼 수 있었기 때문에 철도 촬영을 주로 하는 팬들 중에는 다른 형식이 오기를 기대하고 있다가 D51이 오자 "또 D51인가"라며 한숨을 내쉬는 사람도 있고, 셔터를 끄지 않는 사람도 적지 않았다고 한다.
마지막까지 남은 것은 홋카이도의 오이와케기관구에 소속되어 있던 D51로, C57 135이 견인한 국철의 마지막 증기 기관차 견인 여객 열차 운전으로부터 10일 후인 1975년 12월 24일까지 사용되며,이것이 국철의 마지막 증기 기관차 견인 화물 열차 운전 및 국철 마지막 증기 기관차 본선 주행이 되었다.
이러한 국철 증기 기관차의 마지막을 장식한 오이와케기관구 소속의 D51은, 현지 오이와케나 도쿄도 다이토구 우에노의 국립과학박물관등, 각지에 보존이 결정되었지만, 1976년 4월 13일 심야에 발생한 오이와케기관구 화재로 갓 배치된 신형 디젤 기관차 8량과 함께 4량(241, 465, 603, 1086호기)이 소실되었다. 현재 아비라정 철도자료관에는 구 오이와케기관구의 기관고 화재로 소실된 정태보존예정기인 241호기 외에 오타루쓰쿠코기관구와 오이와케기관구 등에서 사용되었던 320호기가 정태 보존되어 있다. 320호기는 원래 정태 보존될 기체가 아니였지만, 갑자기 정태 보존기가 됐다. 또 국립과학박물관에는 가야 했을 603호기를 대체한 231호기가 보존됐다. 그렇게 마지막 D51 중 916호기만이 마에바시시 마에바시 어린이 공원에 보존되어 있다.
일본 외에서는 대만에서 DT650라는 이름으로 37량이 있었다. 대만에 있던 차량은 이미 폐차가 됐고 이 중 4량이 정태 보존됐다가 2011년 11월 DT668호기가 동태 보존으로 부활됐다. 앞으로 관광용, 이벤트용으로 운용할 예정이라고 한다.
사할린에서 운용된 것은 은퇴 후 6량(1, 2, 23, 25, 26, 27)이 일본으로 돌아가 각지에 보존되고 있으며, 사할린 현지에서도 4호기가 관광열차로 운행되고 있다.
조몬 고개 부근을 달리는 1077호기(1971년 4월)
조몬 신호장을 통과하는 157호기(1971년 4월)
유치 중인 733호기(1973년 3월)
누마노사와역를 통과하는 349호기(1973년 3월)