国鉄キハ54形気動車
北海道の非電化路線は冬期の積雪と列車頻度などの条件により、走行する列車自身が線路上の積雪を除去する、排雪走行の能力が要求される。国鉄時代には北海道向けの2機関搭載両運転台車は長く製作されず、キハ22形、キハ40形などの1機関搭載車を地域輸送に使用していた。これらの形式は出力に余裕がなく、冬季は冗長性確保のため、2両以上の編成で運行する対応がとられた。輸送実績に比しコストが過大となることから、この運用方法の解消は長年の課題であった。
1986年には、急行列車の削減で余剰となったキハ56形を改造した2機関搭載の両運転台車、キハ53形500番台が深名線などに投入された。しかしこれは、種車の経年等からも、長期の使用を想定しうるものではなかった。
冷房装置は装備せず扇風機のみを室内に設置し、屋上には押し込み式通風器を配置する。暖房装置は機関冷却水を利用した強力な仕様である。
駆動系は、1台の機関を停止し、1機関での走行も可能な仕様とされた。これは排雪対策を要しない夏季の運用コストに配慮した仕様であったが、使用線区の線路条件に鑑み、実際の運用では通年にわたって2機関を使用する。台車は軸ばねにゴム被覆を施したDT22F形で、コイルばねへの雪噛みによるばね機能喪失(線間密着)を防止する。
急行仕様 (527 - 529)
旭川 - 稚内間の宗谷本線急行「礼文」専用車として製作され、0系新幹線電車の廃車発生品である転換クロスシートを当初から装備した。窓割りは一般仕様車と同じなので、窓と座席が合っていない。車内の座席番号表示はない。識別のため、窓上に赤帯が追加されている。 この3両は「礼文」での運用を主とし、間合いで臨時の急行・快速・普通列車運用にも充当されたが、2000年3月ダイヤ改正で「礼文」が廃止され、以後は他のキハ54形500番台同様に運用されている。
製造当初は旭川運転所(501-503, 527-529)、苗穂運転所(504-506, 511-515, 524-526)、函館運転所(507-510)、釧路運転所(516-523)に配置された。しかし、1988年(昭和63年)10月までに一旦旭川・釧路に集約され、2017年4月1日現在は旭川運転所・釧路運輸車両所に配置される。気象条件が厳しく、長距離運用の多い道北・道東で主に運用される。
旭川運転所配置車 宗谷本線(全区間) 2016年までは宗谷北線運輸営業所所属の車両が名寄以北を中心に限定運用されていたが、2017年3月4日付で全て旭川運転所へ転属した。 留萌本線 函館本線(旭川 - 滝川) 石北本線 石北本線では特別快速「きたみ」も担当する。 急行仕様車は留萌本線での通勤通学需要に適応させるため、同線での使用を一時中断の上で2007年9月に一部座席の撤去工事を実施し、引き続き同線で使用されている。一般仕様車も、ロングシート部の拡大工事が施工されている。 過去には富良野線でもキハ150形気動車が投入されるまで定期運用され、現在でもまれに同線で運用されることがある。
特別快速「きたみ」に運用されるキハ54形500番台(2009年7月29日 石北本線奥白滝信号場)