国鉄101系電車
1951年に発生した桜木町事故などを契機に、直流1500 V電化区間におけるパンタグラフ折畳み高さと架線の間の距離は最低限250 mm必要との基準が設けられ、トンネル断面の小さい中央本線の高尾以西では低屋根車が導入されていた。中央本線高尾以西の臨時列車での運用に用いられていた旧形国電を置き換えるため、101系でもパンタグラフ取り付け部の屋根高さを低くした低屋根構造の車両が投入されることになり、1961年(昭和36年)にパンタグラフを備えたクモハ100形・モハ100形のみが800番台として登場した。
車体は0番台に準じているが、401系モハ400形などと同様にパンタグラフ設置部の屋根高さが3,496 mmに下げられた。低屋根部分は扇風機に代わってファンデリアが備えられ、車外の屋根部には吸気グリルが設置された。国鉄時代末期までは全車武蔵小金井電車区に配置されていた。1985年に中央本線で101系の運用が終了したのち、モハ100形808 - 810が鶴見線で運用されたほか、大井工場入換車「たんぽぽ」の改造種車も800番台である。
クモハ100-801 - 806、モハ100-801 - 811
1956年(昭和31年)に試作された72系全金属車の基本構造を引き継いだ。すなわち全金属製セミ・モノコック構造、前面が非貫通型で切妻形の極めてシンプルなデザインもほとんど変わらない。車体長は19.5 m、ウィンドウ・シル/ヘッダーのない車体の断面は幅2.8 mで両側がまっすぐ立ち上がる形であり、近郊形などに最大幅2.9 mの裾絞り車体が現われて以後も製造時の経済性を重んじた国鉄通勤形では標準として長く使われることになった。なお、台車軸距の減少に伴い、台車中心間距離は13,800 mmに延長されている。客車に比較すると用途の関係上それほど軽量化できなかったものの、台枠厚さをそれまでの180 mmから150 mmとし、プレス品を多く採用することで、構体重量を約10トンとしている。
全室式の運転台の前面は上部が室内に約10度傾いた3枚窓で、運転台上方に方向幕が取付されたが、これも72系全金属車で採用されたデザインの踏襲である。しかし、客用ドアは従来のモハ72系の94 cm幅の片開き扉から1.3 m幅の両開き扉に変更され、開閉速度と客扱い能力が向上した。国鉄車両での両開き扉の採用は、1941年に試作されたサハ75形021号の例があるが、本格的な採用は101系が最初である。
また、電動車2両ユニット制御方式の採用は三菱電機が携わった1954年開発の近鉄モ1450形電車・小田急2200形電車の先例に倣ったものであり、さらに東洋電機製造製のカム軸制御器の技術要素も取り入れるなど、全体には私鉄で先行採用された重電メーカー各社の新型制御器技術を適宜取り入れ、折衷したものとなっている。
CS12はその後、標準型制御器として多くの平坦線向け国鉄電車に搭載されたことで長期にわたって生産され、最終的には実に1991年(JR東日本による415系1500番台最終増備車用)まで新規製造された。またその基本構造や制御シーケンスは、国鉄がこれ以後開発した電車用制御器にも順次応用された。
試作車では応荷重弁機構の採用により乗車率に係らず一定の加減速が得られることをメリットに挙げていたが、乗車率が大きくなると限流値を高める仕組みのため、架線温度上昇や変電所容量によるピーク電流制限のあった中央線では試作車の試運転中より装置の使用は問題視されており、試作車の営業運転開始時点から応荷重装置を使用していない。
ブレーキは、電磁直通方式のSELD方式である。大手私鉄におけるHSC-Dブレーキ(1954年に小田急電鉄で初採用)とほぼ同一のもので、空気ブレーキと電気ブレーキを連動させ、迅速かつ強力なブレーキ性能を得られるシステムであり、試作車では制御機構として上述の応加重装置も装備した。それと同時に「セルフラップ機構」が導入された。ブレーキハンドルを回した角度に比例してブレーキ力が働くシステムで、ブレーキ操作が著しく単純化・省力化されたことは重要である。
空気ブレーキが応答性の高い電磁直通ブレーキに変更されたのに併せて、基礎ブレーキの構成も一新され、車体にブレーキシリンダー1基(80系は2基)を設置してそこから各台車にブレーキロッドでブレーキ力を伝達していた従来の構成を全面的に改め、各台車に4基(各車輪ごとに1基)のブレーキシリンダーを設置して伝達距離を大幅に短縮することにより、応答性と保安性を向上させた。
国鉄の電車として初めて中空軸平行カルダン駆動方式などの近代的メカニズムを搭載し、いわゆる「新性能電車」のはしりとなった系列で、この基本システムは、1980年代前半に至るまでの国鉄電車に広く応用された。
車体は切妻形で運転台は傾斜した平面3枚窓のシンプルなデザイン、両開き4扉を持つ軽量構造の全金属車体、客室の座席配置は扉間7人掛け、車端部3人掛けのロングシート、枕ばねと軸箱支持のウイングばねをすべてコイルばねとした台車、直巻整流子式主電動機、抵抗制御、発電ブレーキ併用の電磁直通ブレーキと、続く103系電車にもほぼ引き継がれた、国鉄通勤形電車の一時代を画した仕様である。また、2両の電動車を不可分の1ユニットとして、1器の主制御器で8個の主電動機を直並列制御し、必要機器を分散して搭載するMM'ユニット方式も以後の基本となった。
また101系は、通勤形電車としては10両編成・2分間隔運転と輸送力増強が頭打ちになっていた中央線快速に投入することを想定して仕様が決められ、従来の旧形電車の加減速の約2倍の性能をもってラッシュ時の運転間隔を短縮することで、輸送力を増強することとされた。
1973年に関西本線の湊町 - 奈良間が電化されたのに伴い、普通列車用として101系が大阪環状線や中央線快速からの転入により投入された。塗装は若草山の緑にちなんだウグイス色で、先頭車両正面には警戒色として黄色いラインが入れられた。配置は当初は鳳電車区であったが、1978年の紀勢本線電化に伴って日根野電車区が開設されており、関西本線の電車も日根野電車区へ転属した。
1982年(昭和57年)8月1日から2日にかけての台風10号による大雨で大和川支流の葛下川が氾濫し、王寺駅に留置されていた101系60両と113系40両が床上まで冠水し使用不能となった。被災した101系には初期車が多く、電気機器の冠水による絶縁劣化が発生し、床材が水を吸い膨れ上がる現象が発生したため、復旧不可能として60両全車が廃車となった。代替として首都圏で廃車予定の101系54両が急きょ転用されたほか、片町線で103系投入により余剰となった101系6両も転用され、被災車60両が補充された。
101系は電動車が1966年(昭和41年)、付随車が1969年(昭和44年)まで製造された。首都圏では山手線・京浜東北線・中央線快速・青梅線・五日市線・武蔵野線で使用され、近畿圏では1960年に城東線(後の大阪環状線)に、1973年には関西本線の奈良駅以西電化時に、1976年には片町線に投入された。
1979年(昭和54年)までは事故以外の廃車はなかったが、同年に201系の試作車が中央線快速に登場したことから同線を皮切りに老朽化に伴う廃車が始まった。大半は国鉄時代に廃車または他区への転属によって姿を消し、関西地区では関東地区よりハイペースで103系への改造や廃車による撤退が進められた。なお、国鉄時代の廃車はすべて非冷房車で、冷房改造車は103系750番台に改造された車両を含めてすべてJRに継承されている。
101系の総製造数1,535両のうち、JRに継承されたのは224両であった。