下関総合車両所
105系電車(22両) 2両編成9本(U編成6本、広島支所から転入したK編成3本)、増結用クモハが4本(I編成2本、U編成1本、広島支所から転入したK編成1本)が所属している。 宇部電車区(のちの宇部新川鉄道部)に所属していた旧形電車(40系・51系電車)を一斉置き換えするために1981年(昭和56年)に同所に配属されたもので、現在は全車両が新造車グループ。 2016年(平成28年)6月までは103系からの改造車であるクモハ105形500番台も在籍していたが、改造車グループが配属されたのはごくわずかである。 現在在籍している2両編成はすべてワンマン運転に対応している。かつて配属されていたU08・U09編成(2両編成)はワンマン運転に対応しておらず、増結車両を連結して山陽本線(新山口 - 下関間)・宇部線で運用されていたが、2020年3月31日付で廃車された。 宇部線・小野田線・山陽本線(新山口 - 下関間)で運用されている。 U編成はまれに広島地区に貸し出され、呉線・可部線で運用されたことがあった。
123系電車(5両) 1両編成(U編成)5本が所属している。宇部線・小野田線(本山支線を含む)で運用されている。 2002年(平成14年)以降、JR西日本が保有する123系電車の全車が下関に集結している。
115系電車(80両) 4両編成18本、2両編成4本が配置されている。 4両編成(N編成)は二扉車の3000番台・3500番台で構成される。
EF65形電気機関車(10両) 1000番台の10両(1120・1124・1126・1128・1130 - 1135)が所属。 現在は定期運用はなく、臨時・団体列車や工事列車の牽引を担当する。 1124・1128・1132・1133・1135の5両はATS-Pを装備しており、上郡以東への入線も可能である。 1124は2015年下関車両センターでの全般検査時トワイライトエクスプレスカラーに変更された。
DD51形ディーゼル機関車(1両) 1両 (1043) が所属しており、臨時列車の牽引や山口線でのC57 1の試運転に使用されるほか、SLやまぐち号の補機・代替機にも使用される。
DE10形ディーゼル機関車(3両) 3両(1076・1514・1531)が所属しており、美祢線内を中心とした臨時列車牽引・蒸気機関車の試運転・駅構内入れ替えなどに使用される。
岡山県岡山市北区にある車両基地で、山陽本線岡山駅 - 北長瀬駅間に位置しており、山陽新幹線博多総合車両所岡山支所、日本貨物鉄道(JR貨物)岡山貨物ターミナル駅と隣接している。
2022年10月1日の中国統括本部設置に伴う組織改編により、岡山電車区が下関総合車両所に統合されて発足した。
2009年(平成21年)6月1日 - 下関総合車両所が発足。下関地域鉄道部下関車両管理室は同所の下関運用検修センターに、山口鉄道部車両管理室は同所の新山口支所になる。
2012年(平成24年)4月1日 - 広島運転所の検修部門が下関総合車両所に統合され、同所の広島支所になる。
2022年(令和4年)10月1日 - 中国統括本部発足に伴い、岡山電車区が下関総合車両所に統合され、同所の岡山電車支所になる。
EF62形電気機関車 汐留 - 下関間荷物列車の牽引を担当していたEF58形置換えとして信越本線から転用されたが、1986年(昭和61年)11月1日のダイヤ改正で荷物列車が廃止となったため国鉄分割民営化までに廃車となった。
EF66形電気機関車 国鉄時代は幡生支所に駐在し高速貨物列車のほか、1985年(昭和60年)からは東京 - 下関間で寝台特急の牽引を担当した。2009年3月に「はやぶさ・富士」が廃止され、定期運用が消滅。運用減により8両が廃車された以降は45・49の2両が、臨時・団体・工事列車の牽引で運用された。 残存した上述2両も2010年(平成22年)9月18日に下関から京都総合運転所に、さらに翌19日に1両ずつ南福井駅に配給回送され、9月20日付で廃車となった。廃車後は、嵯峨野観光鉄道からの依頼でジェイアール貨物北陸ロジスティクスが、カットボディへの改造を施工した。
EF58形電気機関車
EF59形電気機関車
マニ50形客車(1両) 救援車として1両が配置されている。