西武411系電車
改造後は常時701系列とともに運用され、一時期は池袋線系統でも運用されていたが、701系列の新宿線系統への集中配備化に伴って本系列も池袋線系統から撤退した。
新宿線への集中配備後も主として701系列の増結編成として運用されたほか、1988年(昭和63年)より旧型車の代替目的で多摩川線にも投入された。同路線の車両入れ替えは東日本旅客鉄道(JR東日本)中央線および武蔵野線を介して甲種輸送によって行われるため、415 - 421編成の4編成8両が甲種輸送対応改造を施工し多摩川線対応編成となっていたが、1992年(平成4年)に多摩川線の2両編成運用が消滅したことから同路線の運用から撤退している。
また、国分寺駅のホーム有効長の都合から17m車3両編成もしくは20m車2両編成の入線が限界であった当時の多摩湖線(国分寺 - 萩山間の通称「多摩湖南線」)運用にも夏季限定で充当された。これは同区間の専用車両であった351系が非冷房仕様であったことから旅客サービスの観点から本系列が運用されたものであるが、1990年(平成2年)6月に国分寺駅多摩湖線ホームの改良工事が完成し、同区間への20m車4両編成の入線が可能となったことにより、本系列の同区間における運用は消滅した。