JR東日本651系電車
1000番台(M') 0番台から10両(1・2・5・9・12・13・15 - 18)が改造された。屋根上に搭載されているパンタグラフをPS26形からPS33D形に交換、交流避雷器などの屋根上の交流機器の一部撤去が行われ、搭載されている機器とユニットの構成と車内設備は0番台と同じ。
1100番台(M'1) 0番台から7両(101・102・104・106 - 109)が改造された。1000番台と同じく、屋根上に搭載されているパンタグラフをPS26形からPS33D形に交換、交流避雷器などの屋根上の交流機器の一部撤去が行われ、搭載されている機器とユニットの構成と車内設備は0番台と同じ。
以下に製造時の編成を記す。
2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震(東日本大震災)による常磐線不通区間発生の影響で付属編成1本(K202編成)が原ノ町駅に留置されていたが、2016年3月17日から3月19日にかけて撤去作業が行われた。
2011年5月末に、一部の編成で組成変更を実施した。K101編成とK205編成で3両ずつを交換し、7両編成は新たにK901編成となっている。バリアフリー設備を備える100番台電動車ユニットをK205編成に組み込んだ。これらの編成はその後数か月で元の編成に戻されており、少なくともK101編成は2014年に登場当時の編成(元の編成)で1000番台化改造を受けている。
2013年9月11日付けでK203編成が廃車となった。651系の廃車は同編成が初めてとなる。2015年12月12日付けでK204編成が、2016年3月14日付けで上述のK202編成が廃車されている。
2015年3月改正で余剰となった1000番台付属編成のうち、2017年7月20日付けでOM303編成が、同年9月20日付けでOM302編成が廃車された。OM301編成に関しては、2016年に先述の「伊豆クレイル」に再改造の上、国府津車両センターへ転属した。
基本編成+基本編成(14両)と付属編成+付属編成(8両)での運転は定期列車では行われなかった。
震災前の2010年(平成22年)12月、JR東日本はE657系を2012年(平成24年)春に導入し、同年秋に651系をすべて置き換える計画を明らかにした。置き換え後の651系の処遇については他線区の臨時列車への転用が示唆されており、一部は波動用車両に転用された。
2013年(平成25年)3月15日に「スーパーひたち」・「フレッシュひたち」の全運用がE657系となったが、E657系の改造工事のため同年10月1日から2015年(平成27年)3月13日まで「フレッシュひたち」1往復に運用されることとなった。なお、この運用ではLED表示式のヘッドサインは使用されていない。E657系は2014年(平成26年)11月に10両編成1本が追加投入されたが、本系列による運転はダイヤ改正前日まで実施された。
2017年(平成29年)7月22日より、4両編成がいわき - 竜田間(同年10月21日からはいわき - 富岡間)の普通列車2往復に充当されていたが、2020年(令和2年)3月14日のダイヤ改正でE531系に統一されたため、運用を終了した。
付属編成のみ(4両)(2010年3月 磐城太田駅)
基本編成のみ(7両)(2018年1月 成田線内)