JR西日本221系電車
国鉄時代、381系による在来線における160km/h速度向上試験が二度にわたり実施された湖西線において、高速化(160km/h程度)の実現や新形式の設計に必要なデータ収集のため、1990年5月から6月にかけて、本形列を用いた160km/h高速走行試験が行われた。
当時網干電車区所属の6両編成(M21編成、東海道本線基準で東京寄りからクモハ221-33+モハ221-33+サハ221-33+モハ220-14+サハ220-14+クハ221-33)を使用した。
試験を行うに当たり、以下の改造を施工した。
サハ221-33およびサハ220-14を脱車した4両編成(クモハ221-33+モハ221-33+モハ220-14+クハ221-33)とし、MT比を3M1Tとすることで加速性能を向上。編成全体を方向転換させ、湖西線基準で京都寄り(西側)がクモハ、近江塩津寄り(東側)がクハとした。
歯車比を5.19から3.17へと高速用に変更。
そのほか、下関総合車両所に入出場する際には網干車・奈良車・京都車とも山陽本線の下関駅まで入線した実績がある。
1990年代、夏季には「マリン白浜221」「マリン城崎221」、冬季には「きのさき」「味めぐり城崎カニスキ」などの臨時急行にも充当された。その際は中央の扉を締め切り、車内にゴミ箱を設置するなどの配慮がなされた。また、指定席車両を連結した行楽臨時列車(ホリデー号、後に指定席車両を廃止した「レジャー号」に移行)にも使用され、「○○ホリデー221」のヘッドマークや、「ホリデー」「レジャー」の種別幕が用意された。臨時快速「レインボー」(後に「天橋立ホリデー」に改称)として北近畿タンゴ鉄道経由で天橋立駅まで、「伊吹ホリデー221」や花博の臨時列車として、岐阜駅まで運行されたこともある。
臨時急行マリン白浜221(京都駅)
神戸ルミナリエで設定された臨時新快速(2009年12月13日)
下関総合車両所入場への回送
1991年には網干電車区に6両編成11本(M50 - M60)が新たに配置された。3・4次車からの変更点はない。
また、同年11月21日付の運用修正で4両編成が復活するとともに、初の8両編成が誕生した。これは、6両編成新快速の輸送力増強によるものである。8両編成の登場に合わせて6両・4両編成共々編成記号が変更され、8両編成が A、6両編成が B、4両編成が Cとなった。同年3月16日改正では本格的に120km/h運転を開始し、草津線での運用を開始した。同年9月14日ダイヤ改正では北陸本線長浜までの直流電化が完成したことから、運用が長浜まで拡大された。
5次車
網干電車区(現在の網干総合車両所本所)には、1989年2月から3月にかけて1次車として6両編成5本(M1 - M5)と4両編成6本(E1 - E6)の54両、7月には2次車として6両編成7本(M6 - M12)と4両編成1本(E7)の46両、計100両が配置された。編成記号は、6両編成がM、4両編成がEとされた。4両編成は、2編成連結の上で快速運用として同年3月6日から、6両編成は新快速用として4月1日から運用を開始した。
奈良電車区(現在の吹田総合車両所奈良支所)には、1989年2月から7月にかけて、1・2次車として4両編成12本、2両編成12本の計72両が配置された。同年4月10日から関西本線(大和路線)・大阪環状線で大和路快速を中心に運用を開始した。
これらのグループは当初扉間に吊り革を設けておらず、3次車以降の登場に合わせて増設した。このため、客用扉付近と扉間で吊り革の引き通し棒が分離している。また、半自動ドアボタンが車内・車外ともに後のグループより高い位置に取り付けられている。
1次車
2次車
播但線では定期列車では朝の1往復(姫路駅の始発とその折り返し)に6両編成が運用されているのみであるが、103系が不足する際は稀に4両編成が代走を行っていたが、現在は6両編成がその役割を担っている。
福知山線(JR宝塚線)では2008年6月27日まではC編成が宮原総合運転所を拠点として日中の丹波路快速や朝夕の快速を中心にとして福知山駅までの全線にわたって運用されていたが、翌28日からは同所に追加配置された223系6000番台に置き換えられた。そのあとも、A・B編成での運用が残っていたが、2012年3月17日に225系6000番台に置き換えられ、福知山線での運用が終了した。
2020年度から2023年度にかけて網干に在籍する車両は225系3次車の導入によって所属全車両が奈良に転属し、同所の201系を全廃する予定となっている。2021年4月1日時点では、8両編成(A編成)5本、6両編成(B編成)14本、4両編成(C編成)3本の合計136両が所属していたが、2021年5月にA・C編成がすべて吹田総合車両所奈良支所へ転属し、2021年9月にはB17・B18・B19編成も同様に転出した。
なお、221系のうち、網干総合車両所本所所属車の全車の転属により、山陽本線および兵庫県からは221系は撤退する予定となっているが、東海道本線については、湖西線と草津線直通列車および回送列車運用として、琵琶湖線区間の野洲 - 草津 - 山科 - 京都間およびJR京都線区間の京都 - 向日町間に限り、吹田総合車両所京都支所の221系が引き続き運用されることとなっている(ただし、野洲 - 草津間と京都 - 向日町間は回送列車のみの運用)。なお、東海道本線完結定期運用については終了する予定。