そのためには大量の電車が必要になるが、九州や東北地区などは交流で電化されており、北陸地区に至っては交直が入り乱れる区間であるため、都市圏で使用されている直流型電車を転用することはできない。そのため、交流電源にも対応した新型車両の417系・713系が開発された。しかし、当時の国鉄は既に財政難に陥っており、これらの新製車は試作車が作られただけで終わってしまった。

そこで国鉄は急行列車の廃止によって運用を失っていた急行形電車を近郊型へ改造して交流路線への投入を始めた。

続いて以下の理由で余剰車が発生していた581・583系も活用することが提案され、本形式の誕生に繋がったのである。

余剰の理由

新幹線の開業・延伸によって、特急列車が削減
座席がボックスシートなので他の特急形と比べると設備面で見劣りし、昼行特急の運用から早々に退いた
昼行運用が減った後は夜行運用が中心となるが、3段式B寝台車なのでこちらも客車列車と比べると設備面で見劣りしている他、夜行運用も衰退しつつあったため運用範囲を狭めていった

主な改造

ここでは両形式共通の改造箇所を記載する。

当時の厳しい国鉄の予算上「使えるものは可能な限り使う」方針で改造されている。そのため、種車の構造由来の制約(狭いままのドアやデッドスペース)など、傍から見れば「手抜き」とも思える設計上の様々な問題点・妥協点が見え隠れする仕様になっている。これは、種車の車齢から「8年持てば良い(全般検査2回分)」と想定されたためである。

扉の増設

種車は扉が折り戸が一つだったが、改造時に後ろに一つ折り戸が追加された。が、近郊車としては前例がないほど狭く幅はわずか700mmである。そのうえ、極力台枠構造を改造せずに済むように(台枠強化・改造はコストが高騰する)台車ボルスタ部を避けて設置され、先頭車は極端に中央に寄った奇妙な扉配置となった。

戸閉回路の変更

これにより、全ての運転台から扉を操作できるようになった。

一部窓を開閉可能に

種車は開閉不可能であったが、片側3枚を4分割ユニット窓にして、混雑時の換気の面を良くした。なぜ片側3枚のみかというと、元々冷房が付いていたから。

座席の改造

寝台への転換機能は必要ないためボルトで固定。荷棚も中・上段寝台の寝台舟に取付けられているものをそのまま使用している。

扉付近はロングシートとされ、寝台を撤去し新造の荷棚を設置した。

洗面所の封鎖

一般列車に寝台列車用の大規模な洗面台は必要ないが、強固に作られた構造物の撤去には手間がかかるため、一部構造を撤去したうえでカバーをかぶせ、デッドスペースにした(JR移行後に一部が再改造で撤去し空きスペースとなった車もある)。

中間車に運転台を増設

種車の中間車の妻面を片側撤去。運転台を溶接し、中間車を改造。しかし、妻面が切妻のまま、元から屋根が高いこともあって、あの食パン列車の異名が付いた。それでも、デビュー当時は「国鉄ひょうきん族」とも呼ばれた。クハ715-100・クハ418には補助電源装置が装備されていなかったため、153系などの冷房装備から10年強で廃車となり、まだ十分使用可能な廃車発生品のMGを、脈流対策を施したうえで転用した。

歯車比の変更

特急時代の高速運転向けの歯車比(3.50)では運用に適さないため、101系の廃車発生品と交換して、5.60に引き上げた。これも本来は通勤型の歯車比で、起動力、加速度が高い反面、最高速度が100km/hに制限されるなど、必ずしも最適ではなかったが、“間に合わせ”ならこれで十分とされた。一方で、重い車重と大きな起動力に物言わせて、故障した列車の救援･牽引に駆り出された例もあったとか。

さすがに後年になると他の急行型・近郊型が110km/hを出せるにもかかわらず100km/h限定ということから、優等列車や高速貨物から「逃げ切る」ことが出来ず、ダイヤ構成上でも足かせになっていたが。