国鉄301系電車
1981年(昭和56年)に輸送力増強のために7両編成6本(42両)から10両編成4本(40両)に組成変更を行った。当初は3両の増結編成を製造する予定であったが、製造終了から10年以上が経過していたことと、国鉄の財政が逼迫していたため新製は取りやめられている。
組み替えは7両編成2本を3両編成に短縮の上、別の7両編成2本にそれぞれを連結して7+3の10両編成2本を組成し、その際に捻出された中間車をさらに別の7両編成2本に増結して10両貫通編成2本を組成するという複雑なもので、後者用にモハ301-4+モハ300-3が電装解除されてサハ301-101・102となった。余剰となった2両モハ301-11+モハ300-8は予備車となり、通常は休車となった。また中間封じ込めとなるクハ301-1・3とクモハ300-1・3の4両は、運転機器が撤去されメーター類には蓋がされ、前面窓ガラスを含めてすべて灰色に塗りつぶされるなどの改造が行われた。
後年の組み替え(下記参照)に際しては5+5編成に再度組み替えが行われており、10両貫通は付随車の連結位置を8号車から6号車に変更され、すべての編成が5両編成2本に分割できるようになった。
本形式は新造から一貫して東西線直通運用に使用され、他線区への転属も行われなかった。
1972年(昭和47年)5月18日、乗り入れ先の営団東西線行徳 - 浦安駅間を走行中にモーターカバーが破損する事故が発生し、破片は床板を貫通して車内を抜け天井に突き刺さり、乗客2名が脚に重軽傷を負った。事故原因を設計段階からのミスと認めた国鉄は、事故車の301系407Fを一時的に運用から離脱させている。
営団が東西線のATCを新型に更新することが発表し、2002年(平成14年)秋には正式に置き換えが発表された。このため、同年12月1日のダイヤ改正でJR車の東西線直通運用が削減され、逆に中央・総武緩行線の地上線運用が増加しており、E231系0番台10両編成1本が代替として新製投入されている。これに合わせて検査期限の近かったK1編成が廃車となった。
2003年(平成15年)1月からE231系800番台の導入が開始され、順次定期運用を離脱していった。同年6月20日の09K運用のうち朝の1往復の営業運転をもって定期運用を終了した。
東西線直通運用からの離脱後、拝島に疎開していたK4編成は2003年(平成15年)夏まで車籍を有しており、同年8月3日にK4編成を使用した臨時快速「さよなら301系」号としてさよなら運転イベントを行った。高尾駅では301系の他、E231系800番台、165系、201系を電留線に留置した上での展示撮影会も行われた。
さよなら運転については、最初で最後となる中央線での運行を実施した。
最後まで残留したK4編成は翌8月6日に大宮総合車両センターへ廃車回送され、これをもって301系は系列・番台区分消滅した。
本系列は廃車後に車体のアルミ材をリサイクルする予定となっていたが、具体的なリサイクル状況については公表されなかった。
1989年(平成元年)に施工された。改造費節約およびアルミ車体であることを考慮し、車体補強が不要なAU712形集約分散式冷房装置が2基搭載された。
冷房電源については、これも台枠補強工事が必要な大型MGの搭載は避け、静止形インバータ (SIV) を各車の屋根に搭載した。帯色変更と冷房搭載改造時期が重なったこともあり、一時期黄帯のまま冷房化された車両や青帯化された非冷房車が見られた。ただし、黄帯で冷房化された車両は中間車2両に留まっている。
AU712形は外のキセ(カバー)部に温度制御のマイコンがあるため、夏場に不調になることが多く、対応策として2000年にK3編成のパンタグラフ部を除いた屋根全体をスペースシャトルにも使用されている白色の耐熱塗料に塗り変えた。結果自体は良好だったものの塗料が非常に高価であり、AU712形搭載車が優先的に淘汰されたことから、その後は採用されていない。