国鉄EF81形電気機関車
日本海縦貫線の電化は1957年(昭和32年)10月1日の北陸本線田村駅 - 近江塩津駅 - 敦賀駅間に始まったが、この電化は1956年(昭和31年)5月に国鉄交流電化調査委員会から出された「交流電化方式は直流電化方式に比し輸送量の多少にかかわらず、投下資本においても、年間経費に置いても、つねに有利である」との答申から従来の直流1,500 Vではなく交流20 kV・60 Hzが採用され、以東も同様の方式で順次電化が進められた。しかし、新潟地区はすでに上越線が直流1,500 Vで電化されていたこと、東京 - 新潟間の輸送密度が比較的高いことから1962年(昭和37年)の信越本線長岡駅 - 新潟駅間は直流電化で開業した。
このため1964年(昭和39年)ごろから日本海縦貫線の電化方式は再検討されることとなり全面直流化・交流化なども検討されたものの、まず1964年(昭和39年)2月6日の国鉄第309回常務会で北陸本線は「電源事情および信越線の直流電化方式との関連から」糸魚川駅 - 梶屋敷駅間に交直デッドセクションを設け以東を直流1,500 V電化とすることが決定、続いて1965年(昭和40年)には奥羽本線が同年2月18日の国鉄第316回理事会で既存直流電化区間も含め交流20 kV・50 Hzでの電化が決定、羽越本線は同年3月3日の国鉄第342回常務会で羽越本線村上駅 - 間島駅間に交直デッドセクションを設け以南を直流1,500 Vで電化、以北を交流20 kV・50 Hzでの電化とすることが決定し、最終的に日本海縦貫線は3種の方式で電化されることとなった。
JR東日本からJR貨物へ次の8両が譲渡されている。
2003年(平成15年)度 - EF81 135(1両)
2004年(平成16年)度 - EF81 76・77・109・112・142・146・148(7両)
2009年時点で、本州内の配置は富山1か所に集約され、青森信号場 - 大阪貨物ターミナル間の日本海縦貫線で貨物列車に使用されている。門司配置車は関門トンネルを含む山陽本線幡生 - 鹿児島本線福岡貨物ターミナル間で貨物列車に重連で使用される。同区間では寝台特急の牽引にも充当されてきたが、列車の廃止により2009年3月で旅客列車の運用は終了した。2010年(平成22年)からは鳥栖以南(八代まで)ならびに長崎本線(鍋島まで)での貨物列車の運用も始まっている。外部塗色は基本番台・400番台 は赤13号であるが、JR東日本から購入した車両は購入時の赤2号のまま使用 されている。門司に配置される300番台は301・302 が赤13号、303・304はステンレス地肌の無塗装である。
九州南部には線路等級の問題から長年入線できなかったが、2010年12月より鹿児島本線鹿児島貨物ターミナル駅まで、2013年(平成25年)3月より日豊本線南延岡駅まで乗り入れるようになった。これによって、九州内のすべての貨物列車を牽引できるようになった。また門司機関区所属車は、九州内で進んでいるATS-DKの設置に対応するため、2014年度から独自開発したATS-DFの設置が進んでいる。
2021年(令和3年)3月31日発表の2021年度事業計画で「故障による輸送障害を未然に防止するため老朽車両の取替を計画的に進め、九州地区については取替後にEF510形式機関車を導入する」との記載の報道がされた。
なお、5号機は広島車両所においてEF67形の更新用の試験塗装が行われており、左右で異なるカラーリングのまま一般公開で展示されたことがある。