国鉄EF81形電気機関車
関門トンネル区間
1973年(昭和48年)9月 - 関門トンネル区間の列車増発対応として300番台2両が門司機関区に新製配置され、下関 - 門司間でEF30形との共通運用を開始した。300番台は1974年4月と1975年2月に1両ずつ追加製作されている。重連総括制御機能をもたない本形式は貨物列車への運用を避け、荷物列車を含む客車列車専用として運用された。
1979年(昭和54年)3月 - 1978年10月のダイヤ改正で貨物列車を中心に列車整理が実施され、運用の減少に伴い門司機関区の300番台2両(EF81 301・302)が内郷機関区に転出した。
1986年(昭和61年)1月 - 300番台2両(EF81 301・302)が田端機関区より門司機関区へ転入した。
1986年(昭和61年)3月 - 1987年(昭和62年)3月 - 関門トンネル用EF30形の老朽化に伴う置き換え用として、富山第二区の3両 (EF81 40 - 42) ・田端区の7両(EF81 49 - 54・75)・長岡運転所の4両(EF81 128・130 - 132)が転出し、門司区(8両)、大分所(6両)に転入した。この14両は転入後に重連総括制御対応化(400番台)改造され、EF30形専用としていた関門トンネル区間の貨物列車運用を本形式の重連運用で置き換えた。同時期に300番台4両も重連総括制御対応に改造され、400番台との共通運用を開始している。
2014年8月に秋田総合車両センターにてお召し塗装が復元された。
特異な仕様の車両として、電車を牽引するため双頭連結器を装備した車両がある。秋田総合車両センター南秋田センター配置の1両 (EF81 136) と長岡車両センター配置の4両(EF81 134・140・141・151)と尾久車両センター配置の1両 (EF81 139) で、青森地区の電車を郡山総合車両センターで検査する際の牽引機などに使用される際、電気指令式ブレーキを装備した電車(209系以降の車両)にブレーキを掛けるため、ブレーキ読替指令装置 (MON8) を機関車に装備、そこからの指令による指令回路ジャンパ栓(KE100B-10ジャンパ連結器)を増設した関係で、一般車とはスカート周辺やスノープラウの形状が異なる。この改造により機関車全長が750 mm延長された。配給列車などで電車を牽引する際は首都圏に乗り入れることが多いが、151は関東地区乗り入れに必要なATS-P形およびデジタル無線機を装備していなかったため、運用は水上駅より北側の路線(上越線・信越本線・羽越本線・奥羽本線)で使用されていた。この151は2018年6月6日付で廃車となっている。
2009年から2010年(平成22年)にかけて、老朽化した本形式の一部を淘汰するため、EF510形500番台が15両導入された。JR貨物が開発したEF510形と同形(ホイッスルの装備位置など若干の変更あり)のもので、田端運転所に配置されて2010年6月25日から「カシオペア」、7月14日から「北斗星」での運用を開始した。
その後しばらくは動きは見られなかったが、2012年3月改正で「日本海」の定期運用廃止、2013年1月以降は臨時列車としても運用されなくなった結果、同年7月8日付でEF81 101・104・107が廃車となった。
2019年現在、以下の車両が配置され、保安装置としてATS-PとATS-Psが搭載されている。
敦賀地域鉄道部敦賀運転センター EF81 44・113・114 EF81 106・108を最後にJR西日本での原色(赤13号)が全廃し、トワイライトエクスプレス色のみとなった。 EF81 43は、2018年2月2日に所属していた当運転センター繋がりで福井県敦賀市に「トワイライトエクスプレス」の部品(外観エンブレム・車体番号の印字部分・寝台車のルームナンバープレート・卓上スタンドライト・食堂車テーブル・椅子・サロンカーソファ・テーブル・運転席マスコンハンドル・ブレーキ弁・標識灯等の計125点)を同年3月に譲渡する報道があり、同年4月26日には敦賀市金ヶ崎周辺エリアに車両提供がアスベストの関係で法的に困難である理由から部品提供としての計画が明らかになった。敦賀市の資料によると部品詳細はEF81では14種類・19個の譲渡となった。
JR九州
1987年の分割民営化に際しては重連仕業対応の400番台のみ6両が継承された。車号は、次のとおりである。
EF81 409 - 414
車体は国鉄新型電気機関車の標準形態で、交直機器を収容するため機器室を拡大し、全長は18 m級、幅2,900 mmの大型車体となった。本形式1両での列車牽引を前提に設計され、重連運転のための総括制御装置は装備せず、また、正面の貫通扉も装備しない。正面窓上部左右に2灯の前照灯、正面下部左右に2灯の標識灯を配し、正面窓直下に飾り帯を配する意匠はEF65形やEF80形などと同一の様式である。外部塗色は交直流車両標準の赤13号(ローズピンク)である。
従来の交流機では屋根上にあった断路器や遮断器、主ヒューズなどの特別高圧機器を室内に収容し、パンタグラフ以外の機器を屋外に露出させない構造としている。これは塩害と氷雪から電気機器を保護するための対策 である。機器配置の関係から、主抵抗器は屋上に設けた大型のカバー内に納められた。パンタグラフは下枠交差式のPS22形で、小型軽量化と耐雪性能を向上している。
他の耐寒装備として、空気ブレーキ関係機器や砂撒き装置などにはヒーターを取りつけ、正面の排障器(スカート)下部にはスノープラウ(雪かき器)を装備する。これら追加装備への対応として車体装備各部の軽量化を図り、運転整備重量は100.8 t、軸重16.8 tに収めている。これはEF65形に対して約5 %の重量増加である。