国鉄EF65形電気機関車
1999年時点の運用範囲は、高崎機関区が東北本線・高崎線、新鶴見機関区が関東圏と東海道・山陽本線を経由して四国まで、岡山機関区が名古屋から下関を中心とした西日本エリアである。2002年12月のダイヤ改正では四国乗り入れ運用が岡山機関区担当に変更され、新鶴見機関区所属機関車による運用は吹田信号場以東となった。
2008年3月のダイヤ改正では、JR東日本管内でのATS-P保安装置使用開始によって高崎機関区に所属する0・500番台が運用を終了した。これによりJR貨物所有の500番台は全車運用を離脱し、廃車となった。0番台の一部は岡山機関区に転属し、同機関区は0番台が所属する唯一の機関区になった。2009年3月のダイヤ改正では、EH200形の増備によって余裕が生じたEF64形に置き換えられる形で高崎機関区所属の本形式は運用を失い、同機関区から配置がなくなり、岡山機関区、新鶴見機関区に転属するものもあった。
0番台が唯一所属する岡山機関区も、新鶴見機関区へのEF210形投入で運用に余裕のできたPF形が転入して置き換えが行われた。2011年3月のダイヤ改正では、岡山機関区から本形式の配置がなくなり、新鶴見機関区に集中配置されることとなった。岡山機関区所属機のうち、ATS-PF保安装置を搭載する車両のみが新鶴見機関区に転属し、搭載しない車両は運用から離脱している。この改正で0番台は運用から離脱し、1000番台PF形のみが運用されるようになった。運用範囲も変更され、山陽本線岡山以西には入線しなくなる一方、2008年3月以来となる東海道本線吹田信号場 - 米原間での定期運用が復活している。
両列車の廃止以降、JR東日本の本形式は定期運用を持たない。
1990年ごろ、田端運転所所属の初期PF形はATS-P保安装置の取り付けに伴い、テールライトが外はめ式に改造された。
2005年秋ごろから2007年12月まで、JR貨物所有のEF65形にATS-PF保安装置を取り付けるために不足する機関車を補うため、501号機を含む数台がJR貨物に貸し出され、貨物列車の牽引に当たった。
2006年からは、冷房装置の設置工事が行われている。外見上の特徴として、避雷器後部にグレーの台形をした箱状のものが載っている。設置された車両を以下に示す。
1102 - 1107・1113 - 1115・1118号機
運用の減少に伴い、2006年から2008年にかけて1100・1108 - 1114号機が廃車となった。また、運用の見直しにより、2015年3月14日改正で3両が余剰となり、1106・1107・1118号機が廃車となった(1118号機は機器火災後廃車(JR東日本 「スーパーエクスプレスレインボー」塗装の項を参照)。
2021年、2022年にかけて、昨今の工事用臨時列車用気動車登場によるレール、バラスト運搬配給の減少により、1104・1105号機が長野総合車両センターへ回送された。 これにより、2023年ダイヤ改正時点では、1102・1103・1115の3機まで減少している。
JR東海
ジョイフルトレイン「ユーロライナー」の牽引や工臨などに充当された。
民営化時は名古屋南車両所に配置されていたが、後に静岡車両区に転属した。
昭和53年度第1次債務で1119 - 1139号機が製造された。関西圏で寝台列車を牽引していたEF58形の老朽取替え用である。1119 - 1128号機が下関運転所に、1129 - 1139号機が宮原機関区に配置された。
関西 - 九州間の寝台列車牽引を目的としていたため、耐寒耐雪設備の一部であるスノープラウ、汽笛カバー、砂撒き管ヒーター、主電動機用歯車箱の防雪覆いを省略した。さらにこれまでの使用実績から主電動機をMT52Bに、避雷器をLA16に変更した。加えて、亀裂防止の観点から台車枠は溶接が強化され、台車にとりつけられたオイルダンパーが折損した際に車両外側に飛び出すのをふせぐため、アイボルトの取り付け方向が90度変更された。
山陽本線の瀬野 - 八本松間(通称「セノハチ」)専用の補助機関車である。1990年に広島車両所で5両 (131 - 135) 改造され、既存のEF60形改造車 (EF67 1 - 3) と区別のため100番台 (101 - 105) を付番した。詳細は「国鉄EF67形電気機関車」を参照。
EF58形を使用することによって東京機関区のP形は運用に余裕ができ、加えて下関運転所で集中台車検査時の代替機が必要であることから、501 - 504号機が同年9月から10月にかけて下関運転所に転属し、以前から同所に配置されていたPF形と共に使用された他、1975年3月改正までは関西発着列車も一部受け持った。また、東北本線で1往復だけ存在していたPF形による重連統括運用は、牽引係数の見直しにより単機牽引とされた。1975年3月改正直前にはF形の一部が米原機関区に転属し、EF58形と共に寝台特急を牽引することがあった。
1978年(昭和53年)6月30日付で7号機が事故廃車となり、本形式初の廃車となった。
1978年(昭和53年)7月28日からは、東京機関区・下関運転所に配置されたPF形後期型(7次車)によるP形の置き換えが行われ、同年10月のダイヤ改正までに東京発着の寝台特急7列車16本の牽引を開始した。次いで宮原機関区・下関運転所に配置された8次車では、関西圏で活躍していたEF58形などの旧型機関車を置き換えることとなった。下関配置車は、先行して配置されていた7次車と共通で東京配置車の集中台車検査代替機として、東京発着列車にもヘッドマークを装着して使用されることがあった。
1984年(昭和59年)2月1日ダイヤ改正では旅客・貨物運用双方で大きな変化が発生した。旅客運用では夜行列車が再編され、東北方面への旅客運用は宇都宮運転所から田端機関区への移管が行われた。
以下に牽引列車を示す。
旅客用として東海旅客鉄道(JR東海)に承継された5両のうち、105・106・112号機は1985年8月に登場した12系ジョイフルトレイン、「ユーロライナー」専用機として「ユーロライナー」色となった。
2005年4月に「ユーロライナー」を含む客車編成が使用終了・廃車となったが、105号機は1996年2月29日に、106号機は2000年3月31日に廃車となった。
残った112号機は工事臨時列車などで使用されたが、2007年12月3日付けで廃車となり、ユーロライナー専用機は消滅した。廃車直前の2007年7月には、112号機が浜松工場一般公開で展示された。
2019年4月1日現在(JR貨物のみ2021年1月27日現在)運用に関しては、運用推移を参照のこと。
JR貨物 新鶴見機関区 1001号機 2060・2063・2065 - 2068・2070・2074・2080・2081・2083 - 2092・2096・2097・2101・2127号機
JR東日本 ぐんま車両センター 501号機 尾久車両センター 1102・1103・1115号機
JR西日本 下関総合車両所運用検修センター 1120・1124・1126・1128・1130 - 1135号機 1120・1124・1126号機は下関運転所に新製配置された車両で転属歴がない。