小田急3000形電車 (初代)
この頃、国鉄でも高速車両の研究を進めていた。1946年には山本の友人である島秀雄が、日本海軍航空技術廠にいた三木忠直や松平精などを研究所に招き、「高速台車振動研究会」を設立して研究を行った。航空技術廠から研究所に移った研究者たちは航空機の技術を導入した鉄道の高速化を研究し、台車の振動問題については、松平の研究によって解決策が見出されつつあった。
それまでの研究所は、開発よりは試験を行うことが多い研究機関であったが、1949年9月に大塚誠之が所長として着任すると、大塚は研究者に自由な研究を奨励し、研究成果の発表も積極的に行うように指導した。また、外部からの研究受託や設計も積極的に受けるようにした。
この方針を受けて、1953年9月に三木が発表した研究成果の内容は「軽量で低重心の流線形車両であれば、狭軌においても最高160km/h・平均125km/hで走行が可能で、東京と大阪を4時間45分で結ぶことも可能である」というものであった。ただし、この時の想定では、突起物を全て車体内部に取り込むという徹底的な空力設計を採用 する一方で、電車方式(動力分散方式)ではなく1,200馬力の電気機関車牽引による7両編成の客車列車(動力集中方式)とする構想であった。
この構想は、国鉄本社から「これは本社が考えるべきことである」と批判を受けた が、運輸省は逆に「研究補助金を出すので申請するように」と通告した。
速度試験は9月28日で終了し、3011×8は小田急線内に戻り、10月1日から箱根特急の運用に投入された。これによって、1700形は一般車に改造されることになった。
1958年7月19日、3021×8が走行中にデハ3026の台車からディスクブレーキが脱落する不具合が発生、この後8月7日までは編成を短縮した3021×5として運行した。同年8月には全編成に対して付随車の車軸に設置されたディスクブレーキをツインディスク式に改造し、あわせて台車のばねも交換された。
1959年2月12日には増備車として3031×8が入線し、同年2月28日から運行を開始した。3031×8の導入によって、箱根特急は全てSE車で運用することが可能となり、箱根特急のスピードアップが行われた。このため、2300形は準特急車に格下げされることになった。また、SE車はこの年から夏季に運行される江ノ島線の特急にも運用されるようになった ほか、特殊急行「納涼ビール電車」にもSE車が使用された。この時期、3031×8については座席の表地を茶色系のチェック模様に変更していた が、1962年に他車と同様の青色系の表地に戻した。また、この時期に座席の背ずり形状などの改修が行われた。
一方、1958年以降には他の鉄道事業者で冷房装備の特急形電車の製造が行われていた ことから、1961年にはSE車の冷房設置が計画された。
車体については、日本車輌・川崎車輛が担当することになり、研究所側は三木が主任担当者となった。
先頭車は車体長15,750mm・全長15,950mm、中間車は車体長12,300mm・全長12,700mmで、車体幅は2,800mmである。