JR西日本キハ120形気動車
越美北線には1992年に200番台201 - 206が越前大野鉄道部に新製配置され、従来のキハ52形・キハ23形が置き換えられた。塗色は白地に緑のグラデーションのブロックパターンで、白山連峰の山並みをオリーブグリーンの長方形で表現し、ベースカラーのライトグレーとグラデーションは大野盆地の霧の深さを表現している。キハ120 206は後に木次線へ転用された。
2010年には越美北線開通50周年イベントの一環として3両がラッピング車両となった。非ラッピング車両であった203・201はJR西日本の鋼製気動車単色化により2011年に朱色5号に塗装変更され、従来の越美北線色は消滅した。
越美北線用の車両は、キハ120-204・205を除く3両が沿線自治体とのタイアップによるラッピング車となっている。2014年から2019年にかけては大野市ラッピング「恐竜・化石号」(キハ120-201)、福井市ラッピング「一乗谷 DISCOVERY PROJECT号」(キハ120-202、203)が運行されていた。
越前大野鉄道部から福井地域鉄道部を経て敦賀地域鉄道部に移管されたのち、2021年4月1日現在では金沢総合車両所敦賀支所に200番台5両(201 - 205)が配置されている。越美北線全線(北陸本線越前花堂駅 - 福井駅間含む)で運用されている。一部に2両および3両編成の運転もあるが基本的に1両運転。
200番台(越美北線・旧塗装)
200番台(越美北線・新塗装)
「越美北線九頭竜湖号」
2021年4月1日現在では0番台5両(9・10・18 - 20)と300番台2両(323・325)の7両が下関総合車両所新山口支所に配置されている。長門鉄道部に常駐しており、美祢線全線・山陰本線仙崎支線長門市駅 - 仙崎駅間および山陰本線長門市駅 - 益田駅間で運用されている。基本的に1両であるが、一部列車が2両編成で運転される。
一部車両では、車番を国鉄時代の標準書体であるスミ丸ゴシックに改めたものが登場している。広島支所より転入した323・325は広島色であったが、体質改善工事の際に前面のみ美祢線仕様に変更されている。
2024年3月23日の美祢線全通100周年を前に、キハ120 20が美祢線全通100周年記念のラッピング車となり、全通100周年の1年前となる2023年3月23日に美祢駅でお披露目式が行われた。デザインは日本全国からの公募により102通の応募の中から長門市在住のデザイナーによるものが選ばれ、100周年の重みと美祢線を走っていた貨物列車の石炭車(セキ6000形)をイメージした黒を基調とし、側面には100周年を表す「100」の文字が大きく配置された。
美祢線のキハ120形
キハ120 20(山陰本線)
キハ120 19「美祢車両」
「幕末ISHIN号」2017年
JR福知山線脱線事故の調査報告書に対する建議の対策として、運転状況記録装置の取り付けが行われている。装置本体は冷房ダクトとの位置関係から、トイレ前に床置きされている。配線を引き通すためトイレ設置工事の際と同様に窓が塞がれている。この工事に関連して車掌用のドア開閉スイッチがこの装置内に移設されている。