国鉄キハ20系気動車
JR東日本では経年の高い気動車に延命やアコモデーション改善を目的とした車両更新工事を行うことになり、キハ20系ではキハ52形100番台26両が対象となった。工事は機関換装と同時に行われ、機関換装対象車28両のうちJR化直後に特別保全工事を施工していた2両を除く26両に施工された。
工事内容は外板・床材の貼り替え、モケットや荷棚、窓枠、扉の交換などである。盛岡地区では外部塗色は白+赤帯の塗り分けとしていたが、更新車では正面上半部を赤色とした「赤鬼色」と俗称される配色で使用された。飯山線向け車両は8両で一部座席のロングシート化が施工され、定員が126人に増加している。快速「むろね」「南三陸」に使用されたキハ52 126はキハ52形の更新車で唯一の首都圏色で塗装された。
盛岡地区のキハ52形100番台では、冬季の隙間風防止のため窓を一段上昇式に改造する工事が行われ、1992年から1994年にかけて盛岡客車区所属の全車で施工された。
下北交通には1985年に国鉄から転換された大畑線向けにキハ22形3両(149・150・151)が譲渡され、キハ85形のキハ85-1 - 3となった。2001年に大畑線は全線廃止となったが、キハ85形は3両とも旧大畑駅で保存会により動態保存されている。
北海道では1957年よりキハ21形が配置され、1959年からキハ22形が配置された。1960年代から1970年代に北海道のローカル列車の多くはキハ22形が投入されていた。
北海道では気動車不足から、キハ21形が釧網本線準急「摩周」を皮切りに標津線直通系統の準急急行に使われていた。その後は瀬棚線など函館地区で運用され、優等列車にも使用された。
キハ22形でも循環急行「いぶり」、函館本線の「らいでん」、「せたな」や羽幌線の「はぼろ」など道内のローカル急行に数多く使用され、これらは「遜色急行」として鉄道ファンに注目された。なお、蛍光灯付きの200番台の登場後は、急行には200番台もしくは蛍光灯化改造した0番台が優先的に使用されていた。1980年の時点では、他に「えさし」、「しれとこ」、「ちほく」、「天都」、「松前」、「るもい」などにも投入された。
JR北海道への承継後は函館地区の普通列車に最後まで残り、1995年に運用を終了した。
中部地方では二俣線、明知線などで運用された。
キハ20形600番台は1968年にキハ20形0番台2両(17・43)からキハ20 601・602の2両が、キハ20形650番台は1967年にキハ20形200番台1両(329)からキハ20 651の1両が改造された。定員は82人である。
キハ22形600番台は、キハ22形200番台5両(271・272・211・213・201)から1980年(昭和55年)に苗穂工場と釧路車両管理所でキハ22 601 - 605の5両が改造された。車内の排気管立ち上がり部付近に扉付きの仕切りが設けられ、郵便荷物室として使用される前位側(便所と反対側)の室内はロングシートとなった。室内には郵便区分棚が設置され、窓には保護棒が追加された。改番はされていないが、1も600番台とほぼ同じ仕様に改造されている。
キハ52形600番台は1967年・1980年にキハ52形0番台4両(4・7・29・31)からキハ52 601 - 604の4両、キハ52形650番台は1967年にキハ52形100番台1両(138)からキハ52 651の1両が改造された。
キハ52 125とキハ52 156は2両編成で臨時快速「ジオパーク」で運用され、2010年8月21日・22日が最後の運転となった。最終日の8月22日にはヘッドマークに「さようならキハ52」の文字が付け加えられ、車体側面に行き先表示のサボが取り付けられた。
キハ52 125は2010年9月1日付でいすみ鉄道に譲渡され、いすみ鉄道いすみ線にて運用されている(詳細は後述の「国鉄・JRからの譲渡車両」節を参照)。キハ52 156は2010年10月1日付で廃車となった後に糸魚川市に譲渡され、金沢総合車両所松任本所にて保管される間に補修が行われ、同市が実施したカラーリング投票の結果を踏まえ「国鉄一般色」に再塗装された。
糸魚川市は2012年6月、大糸線にてキハ52 156をイベント列車として復活させる構想を発表していたが、その後糸魚川駅アルプス口駅舎1階の高架下施設「糸魚川ジオステーション ジオパル」に設けられる「キハ52展示待合室」にて静態保存する方針が決まり、2014年11月26日に搬入された。同年12月14日の北陸新幹線開業3か月前カウントダウンイベントでの一般公開を経て、2015年2月14日の「ジオパル」オープンにより常設公開が開始された。解体されたレンガ車庫の一部も移築されており、イベント時には展示車両のキハ52形がレンガ車庫を通って屋外に出せるよう設計されている。
1987年に南阿蘇鉄道へ国鉄のキハ52形が譲渡された。キハ52 35がMT2105に改番され、当時のMT-2000形と同じカラーリングに塗り替えられたが、あくまで予備車の位置づけのためワンマン化改造はされなかった。トロッコ列車の補機も兼ねていたが、MT-3000形MT-3001の導入により1993年12月に廃車となった。