神領車両区
新製当初は長野運転所に配置されたが、1982年11月15日のダイヤ改正で移管された。
特急「しなの」に使用されていたが1996年に後継の383系に置き換えられて定期運用を終え、その後は主に臨時特急「しなの」や臨時急行「ちくま」として運用されていたが、2008年5月7日に最後まで残った6両編成1本(P2編成)が浜松工場へ廃車回送された。2008年時点で美濃太田車両区に1998年に廃車された元P3編成が4両編成に短縮されて保存されており、のちにクハ381-1とクロ381-11はリニア・鉄道館に再整備の上展示された。老朽化と展示の入れ替えのため、クロ381-11は2019年6月に展示を終了し、同年10月に西浜松で解体された。