旭川運転所
500番台の14両(501 - 506・509 - 513・527 - 529)が配置されている。5両 (509 - 513) は2017年(平成29年)3月4日に宗谷北線運輸営業所から転属した元・宗谷北線専用車両、527 - 529の3両は元急行仕様車である。5両(502・504・510・512・513)が簡易リクライニングシート装備車であり、それ以外の9両は転換クロスシート装備車である。 留萌本線(深川 - 石狩沼田間)、函館本線(旭川 - 滝川間)、宗谷本線(旭川 - 稚内間)、石北本線(旭川 - 網走間)の普通ワンマン列車・快速ワンマン列車で運用される。
0番台の17両 (1 - 17) が配置されている。このうち7両 (11 - 17) は2020年3月 - 11月にかけて苗穂運転所から転属してきた。留萌本線(深川 - 石狩沼田間)、函館本線(旭川 - 滝川間)、石北本線(旭川 - 網走間)の普通ワンマン列車・快速ワンマン列車で運用されている。なお、富良野線運用の10両 (1 - 10) は2020年転入の7両や苫小牧運転所の所属車両と塗装が異なる。
1700番台31両(1707・1714 - 1716・1720・1722 - 1725・1727・1735・1736・1740・1744・1745・1747*・1749・1751・1755・1758・1759・1761・1766・1774・1775・1778・1779・1784・1787・1791・1797)が配置されている。1700番台車は機関換装済み。*1747はかつてのキハ400と同じ宗谷色を纏っている。 2020年度には、700番台2両(826 - 827)が廃車されたほか、1700番台5両(1703・1722・1784・1787・1797)が苫小牧運転所や釧路運輸車両所より転属された。2021年度には、700番台14両(708・721・726・729・730・732・733・746・828 - 830・832 - 834)と1700番台2両(1709・1737)が廃車されたほか、1700番台5両(1740・1751・1759・1775・1779)が釧路運輸車両所より転属された。2022年度には1700番台5両(1703・1711・1712・1788・1824)が廃車されたほか、1700番台6両(1749・1755・1758・1766・1774・1778)が釧路運輸車両所より転属された。 定期列車では函館本線(旭川 - 滝川間)、石北本線(旭川 - 網走間)、宗谷本線(旭川 - 音威子府間)、釧網本線(網走 - 緑間)、根室本線(滝川 - 東鹿越間)の普通ワンマン列車・快速ワンマン列車で運用される。