国鉄ク5000形貨車
各量産車は、上述しているように以後に登場した量産車の改良点を一部取り込んで改造されている。これ以外に、4次量産車でのTR222形台車で導入された片押し式ブレーキが良好であったために、それ以前のTR63C形台車についても片押し式ブレーキへの改造工事が半数ほどの車両に施工されて、形式がTR63CF形になっている。
国鉄分割民営化に伴ってJR貨物に承継された車両については、青と赤または青・白・赤の塗装に変更され、後者はフランスの国旗にちなみトリコロールカラーと呼ばれた。これはその当時ク5000形で乗用車輸送を行っていた日産自動車のコーポレートカラーでもある。
また1989年(平成元年)に日産自動車からインフィニティ・Q45が発売され、このトレッド幅が広いことから10両が上段のタイヤガイドを広げる改造工事を行い、上段側面に「大型車兼用」と表示されている。
試作車による1966年7月からの試験的な輸送を経て、同年10月のダイヤ改正から量産車による本格的な自動車輸送が開始された。荷主の自動車メーカーは、日産自動車、三菱重工業に加えてトヨタ自動車、ダイハツ工業、富士重工業(後のSUBARU)、いすゞ自動車である。試験輸送時の東小金井 - 笠寺に加えて6区間での輸送が開始され、このうち4区間は往復とも積車輸送であった。この時点では他の貨物列車に連結して1両 - 2両程度ずつの使用であった。
1967年になると、全国で急速にク5000形を使用した自動車輸送が普及していった。3月からク5000形のみで編成された自動車輸送専用特急貨物列車の運行も開始された。荷主自動車メーカーは東洋工業(後のマツダ)、本田技研工業、鈴木自動車工業(後のスズキ)、愛知機械工業が新たに参加して、国産自動車メーカーの全てが鉄道輸送を行うようになった。1967年7月1日ダイヤ改正では、東北・北陸方面での輸送が開始されると共に、東京 - 九州間では18両 - 19両編成での専用特急列車「アロー号」が3往復運転を開始した。さらに10月にアロー号は1往復追加されている。12月には北海道でも輸送が開始され、この年だけで約25万台の自動車がク5000形によって輸送された。
その後もク5000形による自動車輸送は増加を続けた。1968年(昭和43年)10月には1日17本の運行となった。1969年(昭和44年)10月には区間別の専用運用から、全国共通運用体制に切り替えられた。運転本数は増加を続け、1970年(昭和45年)10月には28本となった。