国鉄キハ20系気動車
フィリピン国鉄には2009年3月14日のダイヤ改正で運用を終了し、2011年まで保留車として在籍していたJR東日本新津運輸区のキハ52形7両が譲渡された。塗装は3両(122・127・137)が国鉄一般色、4両(102・120・121・123)が新潟色で、2011年9月にフィリピンへ輸出され2012年に竣工している。現地では投石による窓ガラス破損防止用の金網の設置、客用扉の窓を鉄板に交換するなど現地事情に即した改造が実施された。
国鉄一般色の3両は137・127・122の組成で2012年にマニラ近郊で運用を開始し、現場では車体色から「キハオレンジ」と通称された。当初は自走であったが、2017年2月よりエンジン稼働ながらディーゼル機関車牽引に変更された。
新潟色の4両のうち3両は2012年に紺色と金色帯の塗装に変更され、121・120・102の3両編成を組成し、現地で「キハブルー」と通称された。2013年からはナガに転属したが、最末期はエンジン故障などからディーゼル機関車が連結されていた。2016年に元関東鉄道のキハ350形(元キハ35系)により置き換えられ、ナガ機関区で留置されている。
残る新潟色の1両(123)は踏切事故が相次いだため竣工から7ヶ月で運用を離脱し、新潟色のままカローカン車両工場で留置され、部品取り車となっている。
九州では筑肥線、筑豊本線、日豊本線、久大本線、豊肥本線、高千穂線、肥薩線、山野線、大隅線などで運用された。
南九州の山野線には1962年1月よりキハ52形が導入され、1962年2月15日改正で全旅客列車が気動車化された。この改正では出水 - 宮崎間を山野線・吉都線経由で結ぶ準急「からくに」にキハ52形単行が投入され、吉松 - 宮崎間では準急「えびの」と併結運転された。1968年12月からはキハ53形の運用もあったが、1970年10月改正で山野線内が快速に格下げ、1972年3月改正で宮崎直通が無くなり「からくに」は消滅した。水俣 - 吉松間では快速列車が1985年まで運行された。
キハ20 482。同車は最後までJR九州に残存したキハ20形の内の一両であった。
久大本線のキハ52形(庄内駅、1991年)
津軽鉄道には1989年にJR東日本からキハ22形3両が譲渡され、キハ22027 - 22029となった。旧番号はキハ22 156・169・228で、156と169は秋田内陸縦貫鉄道の部分開業時に貸し出されていた。1992年4月に新潟鐵工所の出張工事によりワンマン化改造された。
22028は1997年にテレビ番組『SMAP×SMAP』の企画で、SMAPの香取慎吾が青森県津軽地方の小学生とともにイラストを描いた「夢のキャンバス」号となった。2000年の廃車後も金木駅、後に嘉瀬駅へ移動して展示され、2017年にテレビ番組『おじゃMAP!!』の企画で再び香取慎吾によるイラストで塗り替えられている。
22027は2007年の廃車後も津軽五所川原駅構内で保管され、22029は2009年の廃車後に青森市の業者に売却されている。
ローカル線における郵便・荷物輸送用として、キハ20系旅客車を改造した簡易郵便荷物車が存在した。これらは客室の一部分が郵便荷物室兼用となっており、その部分はロングシートとなっていて、仕切り用のアコーディオンカーテンが取り付けられていた。
キハ25形600番台は、1967年から1973年にかけてキハ25形0番台8両(73・16・32・44・9・57・23・51)からキハ25 601 - 608の8両が改造された。車内排気管部分から手前側の座席がロングシート化され、排気管部分と前方側客用扉の運転台寄りにアコーディオンカーテンを設けて車内を3分割できるようにされた。定員は88人である。
キハ25形650番台は、1967年から1971年にかけてキハ25形200番台7両(201・219・232・202・203・220・222)からキハ25 651 - 657の7両が改造された。改造内容はキハ25形600番台と同様である。
1972年3月15日改正で「いなわしろ」定期列車の福島 - 仙台間が普通列車に格下げとなった。季節列車は1980年に廃止、残る定期列車も東北新幹線大宮暫定開業の1982年11月15日改正で廃止された。同列車廃止後の転用車のうちキハ52 128は首都圏色化されず、小牛田から、盛岡、米子と転属した後も1999年の廃車時まで国鉄一般色で残った。
只見線・会津線普通列車は1972年10月改正で全列車気動車化され、キハ23形・キハ55系を主体にキハ10系、キハ20系も使用されていたが、キハ40系の新製投入やキハ58系の普通列車転用により国鉄末期までに置き換えられた。キハ20系ではキハ52形0番台トップナンバーのキハ52 1(1978年に小海線より転入)やキハユニ26形の運用も存在したが、キハ52 1は1982年12月に廃車、キハユニ26形も1984年に只見線系統での運用を終了した。
国鉄分割民営化後の1991年には、大船渡線へのキハ100形投入で余剰となったキハ52形100番台4両(キハ52 108・109・110・126)が只見線に転用された。塗装は白地に緑と濃緑の東北地域本社色に統一され、車両更新工事と小松製エンジンへの換装も施工されている。1993年から1994年にかけてのキハ58系(キハ53形200番台を含む)・キハ40系転入によりキハ52形4両は盛岡地区へ転用され、只見線運用を終了した。1999年には只見線普通列車がキハ40系で統一されている。
長野地区では小海線や飯山線、新潟地区では越後線、魚沼線、赤谷線などで運用された。
JR東日本で運用を終了したキハ52形においては、2000年代から2010年代にかけてミャンマーとフィリピンに合計24両が輸出された。
小湊鉄道のキハ200形は、1961年から1977年にかけて201 - 214の14両が日本車輌製造で製造され、キハ20系の設計で製造された中では一番遅くまで増備が続いた。
国鉄千葉駅までの直通運転に対応するためキハ20形に準じた設計であるが、便所はなく扉間の2段窓が6個、座席はロングシート、前面も前照灯が前面窓上に2灯が独立してあるなど京成系の独自色が出ている。最終グループではユニット窓仕様となったものの、機関は保守部品共通化の見地からDMH17C形で首尾一貫した。国鉄車とも併結及び統括制御が可能である。
1978年にキハ5800形が運用離脱してから2021年に譲渡車のキハ40系が運用開始されるまでは房総里山トロッコ号を除く同社の全定期列車が本系列で運転されていた。2020年にJR東日本から譲渡されたキハ40系と編成を組むこともある。