国鉄キハ20系気動車
長野地区では中央西線・篠ノ井線の松本近郊で使用されていたキハ07形の置き換えのため、1961年にキハ52 101とキハ20 476の2両が松本に配置され、翌年にはキハ52 102も増備された。キハ52形の投入で姨捨から長野方面への運用が可能になり、1973年の電化までキハ20系が中央西線・篠ノ井線普通列車に運用された。
小海線にはキハ52形が1960年より中込機関区へ新製配置されているほか、1973年の中央西線・篠ノ井線電化、1985年11月の明知線の明知鉄道転換で余剰となったキハ52形が転入している。キハ52 122・123は1986年夏に「ときめきの恋列車」に使用された。小海線ではJR化後の1990年よりキハ110系が投入され、キハ52形は飯山線へ転出した。
飯山線には1986年時点で小海線からの転入車が存在したほか、JR化後の小海線キハ110系投入に伴う余剰車が転入している。飯山線用キハ52形は1991年より100番台を対象にカミンズ製エンジンへの換装・更新工事が行われた。1991年には一ノ関区よりキハ52 127が転入している。塗装は青とアイボリーのツートンをベースに橙色、山吹色、黄色の三色ストライプが入る通称「飯山色」となった。
飯山線のキハ52形はキハ110系統一により1997年に定期運用を終了し、1998年に新津へ転属して新潟地区に転用された。
新潟地区では国鉄時代はキハ20形が越後線、新潟周辺、直江津周辺や魚沼線で、キハ52形が赤谷線や魚沼線で使用されていた。
魚沼線では1961年時点でキハ10系、キハ20形、キハ52形が共通使用されていたが、キハ20形が大半であった。片貝 - 来迎寺間では米菓などの貨物輸送があり、キハ20形1両がワム級の貨車を牽引することがあった。
豪雪地帯ながらも魚沼線では1エンジン車の単行運用があったが、新潟県立小千谷西高等学校の開校後は通学輸送用に2両編成運用が登場し、1967年10月以降は1エンジン車で故障時の運行不能リスクを避けるため単行運転が無くなった。1969年には2エンジン車キハ52形の単行運転も無くなり、キハ55系2両編成が主体となった。1980年にキハ20系の魚沼線運用は終了し、魚沼線も1984年に廃止となった。
最大33パーミルの急勾配を有する赤谷線は1960年3月14日に旅客列車が気動車化され、キハ52形やキハ58系が使用された。終点の東赤谷駅がスイッチバック構造であり、2両編成以上では新発田側に2エンジンのキハ52形、キハ58形を連結することが多かった。赤谷線は魚沼線と同じく1984年3月に廃止され、新潟地区からキハ20系列の配置が無くなった。
津軽鉄道のキハ24000形は、1962年 - 1967年に24021 - 24024の4両が新潟鐵工所で製造された。
窓配置等はキハ21形に準じているが、側窓はキハ22形と同様の一段上昇窓。雄別鉄道キハ100形に酷似しているが、本形式は酷寒地仕様の設備や装備、トイレなどを省略している。2000年全廃。
東京近郊の川越線、八高線、相模線のほか、房総地区でも運用された。房総地区ではキハ26形の製造が間に合わなかったため、初期にキハ20・25形が定期の準急「犬吠」を筆頭に優等列車にも使用されている。
床下機器のカバーリングや冷却水による保温をはじめ、補器類に至るまで徹底した耐寒・耐雪措備が施され、北海道の酷寒地での実用上も十分な能力が確保された。
これら本形式の耐寒・耐雪スペックは、キハ56形一族、711系交流電車、キハ40 100番台、キハ54 500番台など、以後の北海道における一般・近郊形車両における耐寒設計の基準となったばかりでなく、羽幌炭礦鉄道や留萠鉄道など、道内の私鉄においても本形式とほぼ同一設計のコピー車が導入されることになった。
便所はキハ20形同様4位側にあるが、その向かいがロングシートであるため出入口はデッキ側に変更され、立ち客や乗降の妨げとならないよう扉を内開きとしたことから前後方向の寸法も拡大されている。他のキハ20系中期車と同様、座席や室内灯などが製造途中で改良された。初期車の白熱灯は後に急行運用に入る車両を中心に多数が20 W環形蛍光灯に改造され、新製時から蛍光灯となった車両も、20 Wの直管から40 Wの直管へ設計変更されている。屋根上の通風器は初期の1 - 170では6個であったが、後の201 - 245では7個、246 - 343では9個へと変更されており、一部には客車用のガーランド形通風器を装備した車両も存在する。
国鉄キハ20系気動車(こくてつキハ20けいきどうしゃ)は、日本国有鉄道(国鉄)が1957年(昭和32年)に開発した一般形気動車。キハ20形と同一の設計思想で製造された形式群の総称である。
1966年(昭和41年)までに系列合計で1,126両が製造され、日本各地で広く使用された。
なお、「キハ20系」という呼び方は国鉄制式の系列名ではなく、鉄道ファンなどが便宜的に使用しているものである。