仙台車両センター
同じく6両編成を組んでいた秋田車両センター(現・秋田総合車両センター南秋田センター)の583系が2011年9月を以って全車廃車となり、その前月に代替として当編成が転出した。
451系・453系電車
1963年の配置当初は東北本線の急行列車用として運用されたが、運用上の都合から行われた455系化改造や他区への転属により1980年には配置がなくなった。その後1985年に常磐線普通列車の完全電車化を図るために勝田電車区から転入、一部編成が717系に改造された他は順次廃車となり1993年に全廃となった。
455系・457系電車
2008年度の時点では、東北本線・常磐線用3両編成13本が配置されていた。E721系の増備により置換えが進み、2008年3月20日・22日・23日のさよなら運転が行われた後に全車廃車となった。
かつては「まつしま」等の急行列車として運用されていたが、それらの列車が全廃された1985年以降は東北本線・常磐線・磐越西線・仙山線・奥羽本線の普通列車や快速列車で運用されていた。
訓練車3両編成1本も配置されていたが、2006年11月に郡山総合車両センターへ廃車回送された。
417系電車
3両編成5本が配置され東北本線の普通列車・快速「仙台シティラビット」で運用されていたが、E721系の進出により2007年7月1日をもって定期運用を終了。2007年度にK-4編成が仙台レールセンターの訓練車となる為除籍、2008年6月にK-1編成が阿武隈急行にA417系として譲渡、残り3本も2008年8月にすべて廃車となった。
715系電車
1000番台4両編成15本が配置されていた。