碓氷峠
最大66.7‰の急勾配という条件で峠の下側から本形式による押し上げ・牽引運転を実施するため、非常ブレーキ動作時などに過大な並型連結器作用力(並連力)が発生し、連結器の破損や列車の座屈による車両の車体と台車の分離、浮き上がり脱線の予防、車両の逸走といった事故が発生するのを防止する目的で、当区間を通過する車両には以下の対策(通称:「横軽対策」)が必須とされた。また、指定された形式以外の車両、大物車、鋼木合造客車は通過を禁止されている。
台枠・連結器の強化
緩衝器容量の増大
車掌弁(車掌用非常ブレーキ装置)への絞り追加
台車横揺れ制限装置の追加
一部を除き、空気ばね台車装着車に対するパンク機能の付加(ただしパンクをさせるのは粘着式移行後とした。これはパンクして車高が低くなると床下危機がラックレールに接触する恐れがあったからである)
対策施工車両には識別のため車両番号の先頭に直径40ミリメートルの「●(Gマーク)」を付した。
これらの制約は、当区間の粘着運転への切り替え直前に実施された165系9両編成とEF63による下り勾配での試験運転で、非常ブレーキを作動させたところ、機関車次位のクハ165形の軽井沢方にあたる車体後部が垂直座屈で浮上し、車体と台車が分離するという現象や上り勾配での客車牽引で縦勾配の変曲点で軽井沢方の台車が脱線する現象が発生したことに由来する。
電車 80系(一部) クモエ21形(クモエ21001のみ) クモヤ90形(クモヤ90801のみ) 115系(0番台の一部、300番台、1000番台) 157系 165系(新前橋電車区と北長野運転所配置車、パノラマエクスプレスアルプス) 181系(一部) 183系 185系(200番台) 485系(シルフィード、宴、ゆう) クモヤ191形 クモヤ193形 クモヤ443形 107系(100番台) 気動車 キハ57系 キハ80系 キヤ191系 客車 12系 14系(急行「能登」運用に就いていた寝台車と500番台を除く座席車) 50系(2000番台) 60系(一部) マヤ34形(1を除く) 貨車 ヨ3500
なお、EF55 2が空転試験列車で、C11 91が日立ポンパ号で碓氷峠を走行したことがある。
太平洋戦争後は輸送隘路の解消のため最急勾配を25‰とする迂回ルートも検討されたが、最大66.7‰(約3.8度)の急勾配は回避せず一般的な車輪による粘着式で登降坂することになった。1961年(昭和36年)に着工し、1963年(昭和38年)7月15日に旧線のやや北側をほぼ並行するルートで新線が単線で開通した。粘着式の新線は、電圧・集電方式を他の区間と同じ直流1500V・架空電車線方式に変更した。
当初は新線(粘着式)と旧線(ラック式)が併用されていたが、9月30日に旧線(ラック式)は廃止。1966年(昭和41年)2月1日には熊ノ平駅が熊ノ平信号場に格下げされた他、7月2日には、旧線の一部を改修工事する形で新線がもう1線開通。これによって丸山信号場 - 矢ヶ崎信号場間が複線化されたことで、横川駅 - 軽井沢駅間は全区間が新線(粘着式)による複線となり、丸山信号場・矢ヶ崎信号場は廃止となった。当区間の所要時間は旅客列車で40分から、勾配を上る下り列車は17分、勾配を下る上り列車は24分に短縮された。
しかし、旅客列車(電車・客車)・貨物列車(貨車)を問わず単独での運転は勾配に対応できず、補助機関車として2両を1組としたEF63を常に連結することとなった。勾配を登る下り列車(横川駅→軽井沢駅)を押し上げ、勾配を下る上り列車(軽井沢駅→横川駅)は発電ブレーキによる抑速ブレーキとなるという機能であった。そのため、必ず勾配の麓側にあたる横川側に2両が連結された。