国鉄キハ20系気動車
引き継がれたのはキハ22形のみで、経年が浅く状態のよい103両が残った。1990年より6両がワンマン化改造されてキハ22形700番台となり、キハ20系のJR承継車で唯一の番台区分の変更を伴う改造車となった。ワンマン化改造された車両も含め1995年3月15日までに運用を終了し、全車廃車された。
製造年別の製造会社一覧は以下の通り。
弘南鉄道には1984年に旧国鉄線を転換した黒石線向けにキハ22形3両(128・130・143)が譲渡され、キハ2210・2220・2230となった。導入にあたっては土崎工場で塗装変更などの整備が行われ、1988年にはワンマン化改造が行われている。
小坂製錬よりキハ2100形キハ2105・2107が譲受されたのに伴い、2210と2220が1995年10月に廃車となった。2230も1998年4月の黒石線廃止とともに廃車となり、道の駅いなかだてに保存されていたが、2013年11月に解体された。
当初の外部塗色は越美北線時代の白を基調に緑のストライプを配したものであったが、最後まで残った3両は全車が歴代の国鉄標準塗色に復元された。キハ52 115は2004年7月にクリーム4号+朱色4号の「国鉄一般色」に、キハ52 156は2004年12月に朱色5号の「首都圏色」に、キハ52 125は2006年11月に黄褐色2号+青3号の「鉄道省色」にそれぞれ塗装変更された。
糸魚川駅には1912年(大正元年)に竣工したレンガ造りの車庫が存在したが、北陸新幹線建設用地とするため使用を終了することが決まり、2010年2月27日・28日に撮影会が行われた。撮影会当日はキハ52形3両がレンガ車庫で並べて展示され、大糸線の一部列車はキハ58系が代走した。
大糸線のキハ52形は、2010年3月13日のダイヤ改正で定期運用を終了した。定期運用最終日の2010年3月12日には最終往復列車が3両編成で運転され、編成前後に「ありがとうキハ52」のヘッドマークが取り付けられたほか、糸魚川駅でさよなら運転出発式が行われた。糸魚川駅のレンガ車庫もこのダイヤ改正で使用を終了している。
キハ52 115は定期運用終了後の2010年3月20日 - 22日に運転された「キハ52ありがとう号」を最後に運用を終了し、同年3月31日付で廃車された。その後は津山駅構内にある津山まなびの鉄道館で静態保存されている。
鹿島臨海鉄道には1984年に国鉄よりキハ20形が4両譲渡され、2000形(2001 - 2004)となった。新造車の6000形とともに1985年3月14日の大洗鹿島線開業用に投入された。
車体は前面の標識灯が角型の前照灯・尾灯一体型になり、縦型エンジンで床面の高い6000形と併結運転可能なよう貫通扉と渡り板が70 mmかさ上げされ、車内の化粧板や座席モケットも暖色系に変更された。塗装は6000形と同じくスカーレットレッドとチャコールグレーに塗り分け、アクセントとして鹿島灘の白波をイメージした白線を配している.冷房装置は設けられなかったもののトイレは存続され循環式汚物処理装置付に改造された。
2000形は6000形の増備に伴って1989年から1991年にかけて廃車となり、4両全車が茨城交通へ譲渡された。
寒冷地・極寒地向けの郵便荷物合造車で、7両が製造された。
1 - 6はキハ21形の仕様に基づいて製造された寒冷地向けで、室内配置は前位から運転室・荷物室・郵便室・客室となっている。客室窓は上段固定の「バス窓」で、客用扉はキハ25形の後位扉と同位置にある。便所はない。
7はグロープラグの不具合によって焼失し廃車となった6の代替として製造された車両で、車体はキハ22形に準じた極寒地仕様に設計変更された。客室窓は1段上昇の二重窓で、デッキを設けたため客用扉は車端部に移されている。
1962年から1966年に製造された。キハ58形とキハ80形の好評を受け、騒音と振動の低減、量産効果の向上(コスト低減)の見地からも2基エンジン車はすべて横形エンジンに統一されることになった。水平シリンダー形のDMH17Hを搭載し、床面点検蓋・車体中央壁面の排気管が廃止された。それにともない、排気管が車体の中央部から車端寄りに移ったため、0番台では排気管によって3個-3個に分かれていた客用扉間の窓が、6個等間隔に並ぶようになった。さらに、勾配線区での使用実績に基づきエンジンブレーキ機能が追加されている。末期にはキハ22形同様、外ハメ式の尾灯や、ハニカム構造の客扉が採用された。室内照明は蛍光灯で、キハ20系の中ではキハ22形と並んで例外的な温水暖房車。スタイルと旅客設備を除いたメカニズム面では、急行形気動車のキハ58形との共通点が多い。
2010年3月12日には、大糸線で運用されていたJR西日本が保有するキハ20系気動車最後の3両の運用が終了し、同年3月13日のダイヤ改正でキハ120形に置き換えられた。これによってJR線上でのキハ20系列の定期運用が終了した。
2011年8月3日に最後まで在籍していた新津運輸区のキハ52形7両が廃車されたことでJRでは全車廃車、同時にキハ20系の系列消滅となった。
キハ52形100番台 秘境駅号(国鉄色)(茂市駅、2007年9月15日)
キハ52形100番台 朱色5号(首都圏色)、国鉄色(平岩駅 - 小滝駅、2008年8月15日)
キハ52 宮古駅に停車中の岩泉駅行き(国鉄色)(2005年12月21日)
水島臨海鉄道には国鉄・JR西日本・JR四国よりキハ20形が12両譲渡され、キハ20形201 - 212となった。201 - 207は1986年から1988年にかけて国鉄または国鉄清算事業団から、208 - 210は1989年にJR西日本から、211・212は1990年にJR四国のユニット窓化改造車をそれぞれ譲受している。キハ20形の導入により、元国鉄キハ10系のキハ35形が置き換えられた。
塗装は201 - 204は国鉄一般色に準じたツートンカラーであったが、205以降は白に青帯の新塗装となり、201 - 204も新塗装に変更された。トイレは入線時に閉鎖された後に撤去、あるいは入線時に撤去された。1988年から1991年にかけて冷房化改造されている。
1995年よりMRT300形が新製投入され、同年3月末以降キハ201・207・209が廃車となった。1996年には210が茨城交通に譲渡されて同社のキハ205に、1997年には211・212が島原鉄道に譲渡され同社のキハ20形2018・2019となった。