国鉄201系電車
臨時列車では、大月駅開業100周年記念記念列車や「川崎-奥多摩ハイキング号」として南武線川崎駅まで、2006年からは「四季彩河口湖号」として富士急行線河口湖駅まで、さらに2007年のゴールデンウィークには快速「むさしの奥多摩」にも投入され、武蔵野線を経由して大宮駅まで乗り入れた実績を持つ。
また八王子支社管内以外にも、長野支社に貸し出されて中央本線小淵沢駅 - 大糸線白馬駅間の臨時快速「四季彩高原号」や2008年5月24日には信越本線長野駅 - 篠ノ井線姨捨駅間の「姨捨フォトトレイン四季彩」号として運転された。
平日は拝島運転区で訓練車として使用されたほか、他線へ貸し出されることもあり、2006年度には篠ノ井線内の乗務員訓練用に松本車両センターへ貸出された。八高線の予備車も兼ねていたが、実際に運用されたことはほとんどない。
当初の外装による運転は2005年5月8日で一旦終了し、新塗装変更後の同年6月25日に三鷹電車区一般公開で展示され、同年7月2日から再度運転を開始した。外観は「青梅線の四季」がテーマとなり、多摩川の流れをイメージした青いラインが引かれ、青梅線の春夏秋冬の景勝地と旬の素材がイラストで描かれたデザインとなった。
老朽化のため、2009年6月28日をもって青梅線での定期運用を離脱した。同年7月中は団体臨時列車として「さよなら四季彩号」が運転され、7月20日のさよなら運転を最後に営業運転を終了し、7月23日に長野総合車両センターへ廃車回送が行われた。
奇数向き専用の制御車。
1988年(昭和63年)12月5日:中央緩行線東中野駅構内でクハ200-4を先頭とした10両編成の中野行が同駅に停車中だった103系10両編成に追突し、運転士と乗客各1人が死亡する事故が発生(東中野駅列車追突事故)。10両のうち最後尾のクハ201-3を除く9両が大破して廃車となり、後日中野電車区構内で解体。
1990年(平成2年):3月10日施行のダイヤ改正により、中央線快速に富士急行線河口湖まで直通する列車が設定される。
1997年(平成9年)10月12日:大月駅構内で入換中の201系6両編成が特急列車と衝突する事故(大月駅列車衝突事故)が発生。
1998年(平成10年)12月29日:中央・総武緩行線に本系列と103系・205系の置き換えを目的とした209系500・950番台投入開始。その後継車種のE231系0番台投入と合わせて同線で運用されていた201系は青梅線・五日市線・京葉線に転用され(205系も京葉線・武蔵野線・南武支線に転用)、既存の103系置き換えを促進。
2001年(平成13年)8月4日:展望型車両に改造した「四季彩」が運転開始される。 11月18日:中央・総武緩行線から撤退。同時期に京葉線・青梅線・五日市線でも営業運転を開始。
2002年(平成14年)4月:青梅線・五日市線の列車がすべて本系列で運用されるようになる。
2005年(平成17年):京阪神緩行線(JR京都線・JR神戸線・JR宝塚線)は12月1日以降321系へ、中央線快速は2006年12月以降E233系へそれぞれ置き換えが決定。 10 - 11月:京葉線で使用されていた試作車(900番台)が廃車。
武蔵野線での201系の運用は1986年3月3日のダイヤ改正より開始され、豊田電車区に配置された6両編成3本が転用投入された。塗装はオレンジバーミリオンである。このダイヤ改正では武蔵野線と青梅・五日市線の6両編成が共通運用とされており、その日の運用により201系も両線に乗り入れていた。
JR化後の1988年12月1日のダイヤ改正により、京葉線の新木場 - 南船橋・西船橋間が開業し、武蔵野線の車両が西船橋から京葉線の新木場・南船橋まで乗り入れるようになった。京葉線では保安装置にATS-PがJRで初めて本格採用されており、武蔵野線用の201系にもATS-Pが順次設置されている。このダイヤ改正では中央快速線の増発も行われ、武蔵野線の201系3編成のうち1編成が中央快速線に復帰している。
1990年3月10日のダイヤ改正では京葉線の東京 - 蘇我間が全通し、武蔵野線用の201系も東京まで乗り入れるようになった。
1996年12月のダイヤ改正で武蔵野線が全編成8両編成となることに伴い、201系は転属のため1996年10月20日をもって武蔵野線から撤退した。
運用は基本的に大和路線・おおさか東線の普通列車であるが、朝夕には大和路線の快速、和歌山線の王寺駅 - 高田駅間、桜井線(万葉まほろば線)でも運用されていた。3号車のモハ201形は女性専用車であり、大和路線JR難波駅 - 奈良駅間・おおさか東線・和歌山線王寺駅 - 高田駅間で設定されている。
森ノ宮支所配置編成同様、定期検査に合わせて冷房装置をAU75系からWAU709に換装した。全車両の行先表示器がLED式に変更された。2019年8月の検査出場車から、床下機器の塗装が黒色から灰色に変更されている。
2020年度(令和2年度)から2023年度(令和5年度)にかけて、225系電車144両を新製投入し、JR京都線・JR神戸線の快速運用に充当されている221系電車を捻出して大和路線の201系を置き換え、JR西日本所属の201系全車の運用を終了する予定となっている。2022年3月12日のダイヤ改正で、おおさか東線での運用を終了した。
2020年5月29日付でND603編成が奈良支所の201系で初の廃車となり、2021年9月30日付でND618編成が、同年10月20日付でND619編成が、同年11月5日付でND620編成が、同年12月9日付でND608編成が、2022年1月14日付でND617編成が、それぞれ廃車された。
2022年4月28日付でND610編成が、同年6月24日付でND621編成が、同年7月7日付でND609編成が、同年12月13日付でND622編成が、2023年1月12日付でND611編成が、それぞれ廃車されている。
2023年4月1日現在、吹田総合車両所奈良支所には6両編成11本が配置されている。