１９５７（昭和３２）年６月、初の新性能電車モハ９０系として登場し、片側４ヶ所の両開き式扉と車内ロングシートで構成した通勤型電車の基本形となり、前面が３枚つないだ窓と真上に前照灯を設置し、左上に運用番号表示器、右上に行先表示器を設置した。運用は中央快速線から投入し、オレンジバーミリオン（朱色１号）で登場した。大量投入には変電所の増設、コスト削減には全電動車から付随車導入へと改めた。５９（昭和３４）年６月の称号改正で１０１系になった。６０（昭和３５）年の大阪環状線にもオレンジバーミリオンで投入し、山手線はカナリアイエロー（黄色５号）で投入するが、１０３系の投入によりカナリアイエローのまま総武中央緩行線や南武線は移し、関西本線はウグイスグリーン（黄緑６号）に黄色の警戒帯を追加されている。６９（昭和４４）年まで１，５３５両を製造した。７８（昭和５３）年から後継車である１０３系や２０１系の投入により廃車が始まり、中央快速線は８５（昭和６０）年に、総武中央緩行線は８８（昭和６３）年に、大阪環状線は９１（平成３）年に、南武線は９２（平成４）年にそれぞれ撤退し、最後に残っていた南武支線は２０５系先頭改造車の投入により２００３（平成１５）年１１月２８日で引退し、２００５（平成１７）年に廃系列になった。

譲渡先の秩父鉄道では１０００系としてクモハ１００＋モハ１０１＋クハ１０１の構成となり、パンタグラフ増設や先頭車の冷房化、ワンマン化と改造された。２０１４（平成２６）年をもって秩父鉄道での運用を引退した。

技術関係では、ＣＳ１２主制御器、ＭＴ４６主電動機、ＤＴ２１台車などを国鉄新性能電車の基本スペックとして確立された。駆動方式には中空軸平行カルダン方式が採用され、継手のスペースを小さくでき、狭軌でも使用可能であり、構造が複雑である。主電動機にはＭＴ４６が採用され、旧型電車より高回転・軽量化を実現された。電動台車ではＤＴ２１、付随台車ではＤＴ２１Ｔから付随車導入でＴＲ６４を採用され、車体の軽量化を図った。ブレーキには自動ブレーキから発電ブレーキ併用電磁直通ブレーキを取り入れた。

〔形式〕

クモハ１０１／主制御器や主抵抗器、ＭＧ（電動発電機）を搭載した上り方（東京方）の制御電動車（Ｍｃ）。旧モハ９０形５００番台奇数番号。

クモハ１００／パンタグラフとＣＰ（空気圧縮機）を搭載した下り方（大阪方）の制御電動車（Ｍ’ｃ）。旧モハ９０形５００番台偶数番号。

モハ１０１／主制御器や主抵抗器、ＭＧを搭載した上り方の電動車（Ｍ）。旧モハ９０形０番台奇数番号。

モハ１００／パンタグラフとＣＰを搭載した下り方の電動車（Ｍ’）。旧モハ９０形０番台偶数番号。

クハ１０１／上り方の制御車（Ｔｃ）。

クハ１００／下り方の制御車（Ｔ’ｃ）。

サハ１０１／上り方の付随車（Ｔ）。旧サハ９８の奇数番号。

サハ１００／下り方の制御車（Ｔ’）。旧サハ９８の偶数番号。

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