しかし、1968年に常磐線が1970年には呉線も全線電化されC62もED75やEF58に置き換えられたことなどで廃車が進行したが、廃車を免れたC62は北海道に集結。ところが、1971年に急行「ニセコ」の牽引機がDD51形ディーゼル機関車に置き換えられたことにより優等列車牽引から撤退。1973年10月の函館本線完全無煙化により最後まで残っていた3号機が休車、除籍された。

運用期間は約25年。既機種からの改造により製造された経緯や動力近代化の進展もあり、知名度の高さの割に機関車としては比較的短命であった。

誕生までの経緯

終戦当時、国鉄（当時は運輸省）は貨物用機関車が大量に在籍していた。これは第二次世界大戦の軍事輸送のために国策として製造されたものであり、終戦と共に大半が余剰となった。

しかし、そのあおりを受けて旅客用機関車はかなり不足しており、また戦争終了による経済活動の変化（買い出し輸送等）により旅客用機関車はさらに不足するようになった。しかし占領軍の方針により機関車の新製が認められることは困難な状況であった。

そのため、占領軍（GHQ）側担当将校デ・グロートの助言に従い、余剰となっていた貨物用機関車のうち一部の車両のボイラーを旅客用機関車に転用することとし、ボイラー以外の部分は既存の旅客用蒸気機関車の設計を流用して組み合わせた機関車を『改造』名義で製造することになった。

この「部品流用扱いにすることで実質新車を完成させる」という手法は、戦前より法の抜け目として設計認可を得やすくするための日本国内の鉄道事業者にくまねく知られた手法であり、助言を口実に実質新造機を多数建造する機会を得られたことになる。こののちも木造車鋼体化扱いの60系客車や、10系客車の食堂車・寝台車を多数車籍を引き継いだ改造扱いで製造することとなる。なお、GHQのドッジ・ライン（インフレ抑制政策）はこの車両のロールアウトよりも後に出されたもので、直接の関係はない。

これにより『改造』されたのはD51形のボイラーにC57形の部品を組み合わせたC61形と、D52形のボイラーにC59形の部品を組み合わせたC62形である。C61形がC57形相当の乙線規格の機関車であるのに対して、C62形はC59形に代わる特別甲線での特急列車・急行列車の牽引を目的としていた。

本形式の製造は、治具や生産ライン、それに在庫の仕掛り部材の関係で、C59形の製造に携わった日立製作所笠戸工場（21両：1〜21号機）、川崎車輌兵庫工場（15両：22〜36号機）の2社が当初指定され、これに続いてC61形が需要の関係でキャンセルされたことに対する救済措置という形で汽車製造大阪製作所（13両：37〜49号機）が追加指定された。

構造

設計は試作機としての役割を持つ1〜4号機を担当した日立製作所の意見が強く反映されており、日立製量産機と川崎車輌製はこれに準じて製造されたが、汽車製造が担当した37号機以降は、基本的には36号機以前と共通設計である者の前後で同一形状のボイラードームケーシングや、弁装置の調整など、技術陣の美意識によって、先の2社とは異なる個性の強い外観であるとされる。

全長21.48m（炭水車含）。車重145.2tであり、ベースとされたC59形を基本とし、動輪の直径はC59形と同じく1,750mmであった。軸配置は、従来の2-C-1（先輪2輪+動輪3輪+従輪1輪：パシフィック形）では軸重が特甲線の上限を超過してしまうため、従輪を2軸とした2-C-2（先輪2輪+動輪3輪+従輪2輪：ハドソン形）として、動軸の軸重を許容上限である16.08t以下に収めた。

さらに、従台車の支点の位置を変えた上で先従台車のバネ定数を変更することで動軸の軸重を甲線対応の14.9tへ引き下げることが可能であったため、軽軸重化は新製時から軽軸重型として製造されたものおよび完成後の配置機関区の変更の際に軽軸重化されたものとを合わせて26両に施工された。ただし、電化の進展で余剰を来たした通常型も軽軸重型に改造の上で、軽軸重型の需要があった函館本線に転用されている。

1967年の常磐線電化後に、検査期限の残る軽軸重型が呉線に転属したが、軸重が低下したぶん空転により牽引性能が低下していたことで、軽軸重型のC62形はC59形に牽引性能は劣るとされ旧型のマロネ41やスハネ30などの重量客車の両数が多い新大阪駅～下関駅間の急行「音戸」は安登越えで空転を頻発させた。このためC62は軽量な10系客車で組成された「安芸」に充当され、「音戸」はC59で運用された。ただし、間もなく電化を控えていた時期であったため、コストのかかる軸重変更は行われなかった。

弁装置は国鉄制式機の通例通りワルシャート式であるが、動力逆転機が標準装備されていた。

ボイラーは前述のとおりD52形からの転用であるため、缶胴寸法は同一で、煙管長は5,000mm、燃焼室付きである。登場時点では甲・乙缶と丙缶の基本設計（燃焼室長さ）の違うボイラ両方が使われたため諸元にも差異があるが、転用時にある程度の補修がなされていると言っても全品工作水準の下がった戦時下の製品であるため、1955年頃に安全上の理由から47本の甲缶を製造し直し取り替えている。交換される前に1両（4号機）が事故廃車になった他、その後の交換漏れ車両（39号機）に事故廃車となった交換済み車（21号機）からのボイラー供出があり、実質全数交換である。

炭水車は当初C59形の戦後形に用いられたものと同一の（原設計はD52形のものに行き着く）、全溶接構造の船底形車体に、石炭10tおよび水25tを搭載可能とする10-25Bをベースとするものが連結されていた。なお1号機は給炭機の選定自体が間に合わず給炭機なし・手焚きで落成された。

2～4号機で旧満鉄向け機材の転用による自動給炭機（メカニカルストーカー）装備試験を行った結果、好成績が得られたため5号機以降でこれが制式化され、炭水車も10-22S形（Sはストーカーの意）に変更された。2～4号機の給炭機と5号機以降の量産品の給炭機は設計が異なり、駆動エンジンの位置が異なる。給炭機の本体が水槽容積を減らす方向で設置されているため、炭水車形式変更に際して水容量を示す第2位の数字だけが減った（C61形では石炭を減らす方向で付けたため、C57形4次相当の12-17Eが10-17Sに、減量分を両方に振り分けた給炭機付きD51形では8-20Bが7-18Sにと方向性はまちまちである）。

本形式はその仕様により、大直径の動輪の上に破格の大型ボイラーを搭載したものであり、車両限界への抵触が心配された。そこで、煙突は太く短めのものとし、ドームも幅広で扁平なものとなった。また、汽笛は限界に収まるよう、後方に傾斜して取り付けられている。

2号機・12号機・18号機などのデフレクターに取り付けられた「つばめマーク」の装飾は、東海道特急運用の際、食堂車の氷冷蔵庫の余り部材であるステンレス板から制作されたものである。ただし、12号機は「つばめマーク」を付けた状態の写真や映像が存在せず、実際に付けられていたのかどうか不明である。18号機の「つばめマーク」は2号機のものと比べると下を向いた形で取り付けられていた。2号機の「つばめマーク」は函館本線時代や動態保存されている現在に至るまで撤去されることなく残っている。

保存機

現在5両が現存し、うち1両が動態保存され、残りの4両が静態保存されている。内訳は日立製作所製が4両（動態1両、静態3両）、川崎車輛製が1両（静態）で、汽車会社製は全て解体され現存しない。

動態保存

2号機

京都府京都市下京区にある京都鉄道博物館（2015年までは前身に当たる梅小路蒸気機関車館）に動態保存されており、西日本旅客鉄道梅小路運転区に車籍を有している。

前述の通り、デフレクターに「つばめマーク」が取り付けられていることから「スワローエンゼル」の愛称で親しまれ、函館本線における急行「ニセコ」の運用においては「ていね」時代から前補機として重連の先頭に立つ機会が多かったことから、ファンからの人気が高い車両である。

ただし、2号機自体は本州時代から不調機として知られ、ファンからの期待とは裏腹に現場は特別扱いしていたわけではなかった。重連の先頭に立つ機会が多かったのは、本務機と比較して運用上の負担が小さく、北海道でも自然と短期間で機関区へ帰れる（＝調整が施せる）前補機になるべく運用を固定してあったという事情によるものだった。「息遣いが弱いというか力がなかった」「蒸気塞がりが良くないのでなるべく本務機の運用には入れないようにしていた」「2号機の廃車を札幌鉄道管理局に何度も打診したが、人気のある車両だったためなのか聞き入れてもらえなかった」との証言が残っているほど、現場からはお荷物扱いされていたのである。しかし、この装飾が残ったままであったことや、見た目の映える存在であったため、梅小路の保存機に選ばれた。

蒸気機関車館の開館当初には京都駅〜姫路駅間で臨時列車「SL白鷺号」を定期的に何度か牽引していた。しかし同機は、蒸気機関車館保存後の1974年（昭和49年）8月から9月にかけ国鉄長野工場（現在の東日本旅客鉄道長野総合車両センター）で全般検査が実施された後は「SL白鷺号」等の本線自力走行や本線走行のために必要とされる検査は今日に至るまで一度も実施されていない。このため法令上、この車両は構内展示走行のみ可能な状態である。

なお、1994年10月にJR東日本に貸し出された際、当時大宮工場で開催されていた大宮工場開設100周年記念「新旧つばめの出会うとき」というイベントにおいて、同じく九州旅客鉄道から貸し出された787系電車と合わせて展示されたことがある。

静態保存

1号機

トップナンバーである同機は1967年7月14日の除籍後、保存を見越したためか広島機関区や小郡機関区において長らく保管され続けた。1976年3月、国鉄職員の研修施設であった広島鉄道学園敷地内で静態保存されるとともに同年3月31日付で準鉄道記念物に指定された。その後、国鉄改革の際に同学園が閉鎖され、同敷地内に放置されていたが、1994年に梅小路蒸気機関車館に移動され扇形車庫内で静態保存。2016年開館の京都鉄道博物館でも引き続き展示されている。通常は外付けの標識灯を端梁に埋め込むなど山陽本線で運用されていた本形式独特の改造を施された姿を今に伝えている。

3号機

小樽築港機関区での現役当時は、32号機ほどではなかったものの好調機だったとされ、「安心して乗れるカマでした」との証言が残っている。廃車後は北海道小樽市の北海道鉄道記念館（現在の小樽市総合博物館）に静態保存されていたが、1986年 10月3日に旧・手宮線の廃線跡を経由して小樽築港機関区に運び込まれ、有火状態への仮復旧が行われた。

1987年 3月31日から同年4月1日にかけての国鉄分割民営化イベントへの仮復旧状態での参加の後、同年4月より北海道旅客鉄道苗穂工場で徹底的な修繕が実施され、動態復元と車籍復帰が実現した。翌年の1988年から函館本線の小樽駅〜倶知安駅間で臨時快速「C62ニセコ号」として復活運転を開始。後に運転区間は小樽駅〜ニセコ駅間に拡大され、ニセコ駅には旧・新得機関区から転用された転車台も設置された。しかし、本機の運転を行っていた北海道鉄道文化協議会が全般検査費用の資金が確保できず（後に解散）、また走行に必要な費用の確保もままならなくなり、さらに1995年に軸受を焼損する事故まで発生。やむを得ず同年11月3日をもって「C62ニセコ号」の運行は終了した。

同機は将来の復活の可能性に備えて苗穂工場にて保管されることとなり、しばらくの間は車籍を保持していたが、JR北海道は小型で汎用性が高く運用コストの低廉なC11形を運用することにしたため、2000年に除籍されて静態保存に戻り、現在は同工場の敷地内にある北海道鉄道技術館にて展示されている。なお、このC11形の動態保存運用も函館地区においては撤退しており､現在のJR北海道の現状においては3号機の復活運転は極めて厳しい状況にある。

なお、JR東日本が動態保存機増備のために全国の保存機を調査した所、状態が良好で少ない整備で本線復帰できるカマとして3号機が候補になったが、JR北海道は貸与も譲渡も認めなかったというソース不明の与太話が存在する。

17号機

廃車後、当初は愛知県名古屋市千種区の東山総合公園で静態保存されていた。2009年7月に東海旅客鉄道が同市港区に開館予定のJR東海博物館（当時の仮称。後に正式名称がリニア・鉄道館に決定）での保存対象となることが発表され、2011年 3月14日の開館に先立ち搬入。整備の上、同館のシンボルゾーンにおいて展示されている。

なお、同機は日本の蒸気機関車最高速度記録保持機である。この試験は名目上、速度試験ではなく橋梁の強度試験だった。17号機が出した速度記録は129km/hであるが、「もっと出せる。俺は常時それ以上出して牽いていた」という機関士がいた。名古屋局管内のある機関士であるが、その弁によるとC62形は低くて140km/h、一番出たのは逆向きのC11形で145km/hだったという（回転数にするとC62形で140km/hなら425rpm、C11形の145km/hなら506rpm）。彼がその橋梁試験に加わっていれば記録は変わっていたかも知れないが、機関助士ですら独身者かつ跡取りでないものを選考した程なので、その時点で所帯持ちだったその機関士は初めから選考外であり呼ばれていない。

26号機

川崎車輛製のC62形では唯一の現存車両。当初は大阪府大阪市港区の交通科学博物館で静態保存されていたが、同館は2014年4月に閉館。そのまま一時的に置かれていたが、梅小路蒸気機関車館を発展拡張させる形で開館された京都鉄道博物館に収蔵されることが決まり、梅小路へ搬入された。これにより、C62形は同形式3両が同地に集うことになったが、1号機と2号機が扇形車庫で展示されているのに対し、同機はプロムナードで展示されている。

部品展示

15号機

東京駅丸の内側地下コンコース「動輪の広場」に動輪3個とメインロッド、サイドロッドが組み付けられた状態で保存展示されている。

その他

この車両は給炭機を使う前提での燃焼率600kg/m²時の最大出力は1,620PSで、日本国内では歴代第2位（ちなみに1位はD52形）である。さらに動輪周馬力で比較すると、本形式はC59形に比して1.2倍以上という圧倒的な高出力を実現しており、実際に新造開始直後に山陽本線糸崎駅〜八本松駅間（瀬野八）で実施されたC59形との性能比較試験では、同一条件下で石炭消費量が20%以上節約されるという好成績を収めている。
かつて北海道にあったゲーム制作会社ハドソンの社名は、C62の軸配置「ハドソン形」に由来する。これは創業者の工藤裕司が本機の大ファンだったためで、3号機の動態保存にあたり北海道鉄道文化協議会のスポンサーも務めた。

ドキュメント作品・創作作品への登場

『銀河鉄道999』:同作に登場する"銀河超特急999"の牽引機のモデルとして知られる。ている。これは原作者の松本零士氏が九州から上京する際に乗車した列車の下関からの牽引機がC62形であり、それが強く印象に残ったためだと言われている。なお、ナンバープレートの車両番号はアニメ版では実在しない50号機とされているが、原作・劇場版では松本氏がナンバープレートを所有していた48号機となっている。史実の48号機は平機関区に配置されたC62形の中でも特に好調機とされ、寝台特急「ゆうづる」の運用にも優先的に使用された名機として知られる。

『Railway～ここにある夢～』:Emuから発売されたアダルトゲーム。32号機と思われる機体がナンバープレートを外した状態で登場する。なおナンバープレートがないのに32号機だと特定できたのは、ゲームの舞台が北海道であることと、劇中に「昔は最好調機と呼ばれていた」という台詞があるためである。史実の32号機はその好調のために函館本線の急行「ニセコ」の本務機運用に多用され、44号機と共に小樽築港機関区での定期運行終了の1年前に全般検査期限を迎えてしまい、15号機・16号機に置き換えられる形で廃車となった。その際に、現場の人間を「いっそほかの調子が悪い車両を潰してナンバープレートだけ32号機と取り替えたい」と嘆かせるほど惜しまれた、という逸話が残っている。実際に他機種では、実車の廃車後数十年経てから部品特徴の照合からほぼ番号板すり替えを特定された機体がある。ただし、当時は蒸気機関車の現役末期で、廃車流用品の部品で修繕することが当たり前であった上、一番の重要部品であるボイラーは国の組織である国鉄の機関車には労基署の刻印が打たれないため、実質的な流用の痕跡が極めて少なくなり、製造銘板まで移植する偽装があったため永年発覚しなかった。

『ALWAYS 三丁目の夕日』:堀北真希演じる少女・星野六子が22号機が牽引する常磐線の列車で上野駅に到着するシーンがある。撮影においては、梅小路蒸気機関車館に動態保存されている2号機を平機関区に所属していた22号機に擬装した上､旧型客車を牽引した状態で同館内の側線に上野駅地平ホームを構築再現した上で撮影された。なお実際の上野駅における常磐線は(現在もそうであるが)地平ではなく高架ホームの発着である。

『ある機関助士』:1963年制作の土本典昭監督の映画。常磐線が舞台となった作品であり、前述の22号機(実車)が登場する。

『ゼルダの伝説大地の汽笛』:作中に「シロクニ」という人物が登場する。『大乱闘スマッシュブラザーズ_for_Nintendo_3DS』のフィギュア名鑑でも触れられている通り本機が名の由来。

『マギアレコード魔法少女まどか☆マギカ外伝』:テレビアニメ版第3期の、七海やちよの深層心理に出てくる銀河鉄道の牽引機として、本機とおぼしき蒸気機関車が登場。本作には『銀河鉄道の夜』をはじめとする宮沢賢治をモチーフとした要素が随所に散りばめられており、さらに前述の通り『銀河鉄道999』の牽引機のモデルがC62形であることも理由だと考えられる。