クモハ73形を基幹形式とみなした73系と表記する場合もある。
登場の背景
1945年の終戦後、社会復興にともなう急激な輸送量増大に伴い、国鉄は輸送力増強の対応を迫られた。また戦災で大量の電車を焼失しており、それらの補充を兼ねて戦時中から製造されていた63系電車を引き続き製造していた。
63系は、鋼材やガラス、布などの不足により各所に代用材を多用。また窓は3段式で中段が固定、車両間の貫通路は内開きで幌が無く不完全で安全上問題があった。
さらに電気車両でありながら絶縁は極めて脆弱であり、その為に絶縁不良が原因の車両火災が多発していた。
1951年に東海道本線（当時）※桜木町駅で発生した車両火災事故ではこれらの不備が重なった結果として、乗客が車内からの脱出が不可能となり多数の死傷者を出した。
これは非常に由々しき事態であり、根本的な最善が必要であった。そこで国鉄は既存の63系を大きく改造し、安全な車両となるように更新工事を施すことにしたのである。
これらの更新改造は1951年末から1953年末までに工事が行われた。
ただし、外板がジュラルミン製の900番台や、一部の事故復旧車は1954年に竣工（または改番）している。
また、1952年以降当初から「72系」としての新造車が大量に増備され、既存の改造編入車と合わせて一大勢力を誇り、戦前型（特に17ｍ車）に代わって高度経済成長期の大都市の通勤輸送に大活躍した。
※事故当時、桜木町駅は東海道本線支線の駅であった（系統としては京浜東北線）。1964年に根岸線に編入された。
63系の応急処置
幌の装備
戦時設計で資材節減のため内開きだった(このためラッシュの乗客の圧力で開かず、桜木町火災で犠牲者拡大の一端になった)63系の貫通扉は応急策として取り外され、片受け式の幌を装備した。
ドアコック整備
また、非常用のドアコックを増設し表示を取り付けた。以前からドアコック自体は有していたがあくまでも検修時の整備点検用であり、乗客脱出としての非常用としては想定していなかったため。
警報装置新設
車内での異状や故障があった場合乗務員に通知するブザーを取り付けた。
パンタグラフの二重絶縁
碍子のみであった車体との電気的絶縁には不安があるため、絶縁処理したパンタ台を装備した。
天井への防火塗装
桜木町事故の様な爆発的アークからの乗客防護のため、とりあえずパンタグラフ直下に防火塗装を施した。
なお、これらは63系だけでなく、既存の国電車両全てにおいて適合工事が行われた。
根本的な改善策（72系への改造）
天井の改造
応急措置で防火塗装が天井に施され、相当の効果があったことは実際に事故で実証されたものの、爆発的アークからの防護効果には不足であり(これが被害の拡大につながった)、そのため内装天井板を鉄板に張り替えた。
同時に天井灯をグローブ付き2列へと交換、照明効果を強化した。
防火塗装は継続して行われる。（余談では有るが、鉄道博物館に収蔵されているクモハ101-902、京都鉄博のクハ103-1にその防火塗装の現物を見る事が出来る）
車両間の貫通路整備
従前、電車の貫通路はあくまでも乗務員専用であり、貫通ほろは装備されていなかった。
(例外として、国鉄優等列車並みのサービス体制を売り物にした関西圏の私鉄と、そのライバルである大阪鉄道管理局の国電のみ装備していた)暫定的に撤去され、乗客が通行可能になっていたものの、隙間風が大きく不評であったことから、妻扉は幅800mmへと拡大し、事故時に容易に開放ができる引き戸へと改める。
機器・配線の統一・電気配線の引き直しによる絶縁強化
戦後規格の整備された配線規格に改め、63系で最も脆弱な戦時設計が起因の劣悪な絶縁を強化した。配線の引き直しの他に絶縁材の取り換え、絶縁塗料の塗布など。
3段窓の改修
従来中段が固定式であり万一の際に車外への脱出が極めて困難であり、同時に隙間風が多く不評であったため、旧来の3段窓の構造は撤去し、中段も可動式に改め脱出可能な幅を確保したうえで、隙間ふさぎのシールゴムを設置し、隙間風対策とした新設計の3段窓にすべて交換した（63系時代の窓は当時の日本家屋の窓同様の作りで、上辺のスリットからガラスを差し込み抜けないように留めただけ、最下段の窓錠も省略した引っ掛け構造のため、隙間風がひどかった）。
乗務員室撤去
長編成時に貫通できない車両が多いため、80系・70系と同じ考えで中間電動車を設定する事とし該当車両の運転台を撤去する。同時に電装品不足でサハ代用であったモハ（サモハ63）もサハ78へと改造する。
鋼体強化
戦時設計で強度度外視で有った部分に鋼材をあてがい溶接、補強工事を行う。同時に隙間風や雨水の侵入が激しかった前面通風口の閉鎖撤去、簡易設計であった扉上の水切りも撤去し雨どいを整備、戦前並みの設備水準とする。
内装更新
室内を整備、板張りであった座席背ズリをクッションのある物へ交換、そで部分をステンレスパイプとするなど、長期使用に耐えうる接客水準へと改める。
車種・形式の変更
従来「制御電動車」であるモハ63と「付随車」のサハ78、「制御車」のクハ79が存在したが、以下の型式に改めた。
モハ72
運転室の無い「中間電動車」である。モハ63からの改造車であるが、当時は既にある程度の長編成化が進み、全ての電動車に運転室を設置する必要が無かったこと、なるべく貫通路を確保する必要性から大量に改造された。その際撤去された主幹制御器・ブレーキ弁・計器などの運転台機器は新造車やクハ79の整備に転用されている。運転台扉は痕跡も残さず埋められている。
なお、初期の改造車は種車の向きにより奇数向きと偶数向きが混在（パンタグラフ前後関係と床下機器の左右関係が異なる）したが、200番台以降種車を問わず奇数向きに統一されている。
モハ73（1959年の称号改正でクモハ73）
運転室付きの「制御電動車」である。モハ63からの改造であり、運転室が残る。後述のクハ79との関係で奇数向きの車が多く、一部の偶数番号は欠番になっている。
なお、1950年製の4両はほぼ無改造で400番台に編入されている。
サハ78
運転室・モーターの無い「付随車」である。戦時中製造の0番台と戦後製の100番台、モハ63として製造されながら資材不足で「サハ代用（サモハ63）」で使用された車を、正式にサハに編入した300番台が存在する。（0番台には戦前製の2扉車を4扉に改造編入したものもあるが、ここでは割愛する）
0・100番代の製造時点からのサハと、モハ63の未電装車編入改造である300番代とでは、ドアの開扉時の流れる方向が異なり、300番代は4枚とも乗務員室のなかった方向へ流れて開く。初期には緊急対策で上記のサモハ63に貫通路を設置し乗務員扉を暫定的に固定しただけの車両もあったが、整備が進むにつれ外観・内装にモハ72同様の標準の整備内容を全部施工され、仕様が戦後基準に統一されていった。
クハ79
運転室付きでモーターが無い「制御車」である。戦時製で木造車改造名義の0番台と、サモハ63の運転台整備車（一部に制御車代用のモハ63の編入改造車も存在）の100番台が存在する。（サハ78同様に2扉車改造のクハ85形からの編入車が存在する。）制御機器はモハ72改造で発生したモハ63用の機器類を転用したものが多かったようである。整備改造も併せて行われたためモハ用の台座類はすべて撤去され最初からクハで製造されたような外観に整えられているが、台車は電動車用のDT13を装備する。（木造鋼体化名義車の0番台は、元のTR11系から発生品のTR23系に履き替えている。）
なお100番台はすべて偶数向きであり、奇数番号車は存在しない。
72系としての新造車
前述のように63系の更新改造が短期間に行われることになったが、改造中の車両の確保や輸送力の増強、さらに残存していた老朽木造車や少数雑多な私鉄買収車の整理が必要であり、その為新たに72系としての新造車が増備されることになった。
車体構造は63系の改良型といえる構造であり、63系由来の切妻・3段窓は継承されているが、ウインドヘッダーがドア上まで巻かれていること、屋根が浅くなるなど外観も変化している。
新製車の屋根半径は概ね中央5000mm、肩部250mmで、これはその後の国鉄通勤電車の標準としてJR化後まで引き継がれている（63系編入車は中央3250mm・肩300mmでその間を1100～1200mm程度の弧で繋ぐ）。
台車も電動車がウイングバネ式のDT17形（後に軸箱周囲にドイツのゲルリッツ式の要素を取り入れたDT20形に変更）、制御車にTR48形が採用されている。
電気的には制御器が電動カム式のCS10系が採用された他は大きな相違点は無い。
なお新造車は、中間電動車のモハ72形が500番台、制御車のクハ79形が300番台となった。
車輌需給の関係で、クモハ73・サハ78には当初より72系としての新造車はない（後年の改造で出現）。
モハ72
運転室の無い「中間電動車」である。当初からの中間車であるサハ78（0・100番台）がベースであり、片側4か所のドアが2枚ずつ車端に向かって開く。機器の配置は奇数向き設計のモハ72200番台に準じている。
初期の製造車は台車以外編入車の200番台と大差がない外観だったが、戸袋窓のHゴム化、台車の変更、3位側に入換用の簡易運転台設置などの改良が順次進められた。
これら半鋼製車の最終グループでは屋根の鋼板化、雨樋の鋼製化も行われた。
また、最終グループでは中央東線の小断面トンネル区間への臨時列車運転用に、屋根高さを下げた850番台も製造されている。
- 改造によるクモハ73600番代、サハ78500（の一部）：クモハは車両需給の都合でこのグループのモハ72に運転台を取り付けたものだが、種車の大枠はいじらず奇数向き（東海道線上で東京向き）か偶数向きかを、単純に運転台を取り付ける側を変えることで作り分けている。そのため、偶数車は後部にパンタグラフが載る形態となった。サハ78のうち本グループに属する2両は、身延線の優等列車用低屋根モハ80をサハ87から作るため、モーターなど電装品一式を剥がされたもの。
クハ79
新造車は300番代とされ、初期は100番代とさほど変わらない外観で有ったが、年度ごとに製作精度が向上、年次ごとに前面デザインがモデルチェンジされ101系へとつながるデザインラインへとなっていった。
72系920番代
1956年～57年に製造されたモハ72・クハ79の最終生産型。外板は平滑な「ノーシル・ノーヘッダー」仕上げとなり、前面は101系一歩手前の近代的なデザインとなり、内装も片開き扉である事を除けば101系とほぼ水準が同じ・デザインも同じであるなど、モハ63の原型をとどめない旧性能電車の最後を飾る出来栄えであった。（その一方、配管の取り回しなどは在来車を踏襲していたようであり、目立つところではロングシート下の蹴込み部分に63系改造車からそのままの位置にドアコック蓋が残るなどしていた。）
（ほとんどデザイン的におなじであったことから、アニメ作画で資料の取り違えから101系以降の車輌と推定されるものにこれの内装を描かれてしまうことがあった。具体的に言えば窓配置およびドアコック位置、床の主電動機点検蓋から識別ができる。初心者や素人が撮った写真の場合、ドアなど重要な情報が切れてしまうことも多い。）
特別な改造車
- クモハ73901:元はジュラルミン車体のモハ63901で航空機用ジュラルミン車体の腐食が激しかったことから1954年に試作全金属形車体に改造された。内装はそれ以後の国鉄通勤型の基礎となった地味であるが重要な車輛。1950年代以降、1970年代半ばまでの国鉄通勤電車の内装はほぼこれの単純なフルコピーであるが、これは試作車故仕様が整理しきれておらず、手摺りや掴み棒などに曲面を多用するなど、余計な工程が増える要素が多い。また、淡緑色の内装は1940年代の米国を発祥とし、マイネ41など本来白熱灯の下でよい心理効果を発揮するものなのだが、併せて蛍光灯も試用し、その後も変更されることが長くなかったため、その後25年にわたりミスマッチな色彩が無批判で延々と採用されつづける原因ともなってしまった負の面もある。
- 全金属改造車:1960年代になると接客水準の陳腐化が目立ったため、更新工事を施工。台枠を残し車体を解体、台枠を強化の上、72系920番代に範をとった全金属仕様の鋼体へと作りなおした。施工時期や改造区所により細部が異なる。
- モハ72形970番台（970・971～980）・クハ79形600番台:台枠以下を流用（改造対象となったのは72系としての新造車以降）し、車体を103系後期型と同様の物※に新造した車両。補助電源も試作の72970番（従来どおりの直流出力MG搭載）以外は103系と同等（交流出力MG；非冷房新性能電車の冷房化で捻出された発生品）とされた（前提として、4両編成の中間にこのグループ以外のツリカケ車を混結しないという条件がある）。仙石線運用のため扉は半自動仕様、暖房は強化された。103系投入で余剰となったが、丁度当時川越線電化と重なったため機器更新で103系(3000番台)に編入された。その後の川越・八高線など電化区間の延伸もあり当地の103系の一族としてJR化後､そして平成の世に入ってからも2005年まで現役で川越・八高線で活躍していた。
※ほぼ同様ではあるが、あくまで72系の車体のため、パンタグラフは72系として所定の位置になる前寄りとなり、のちの103系編入改造ではモハ103ながらユニット外方にパンタグラフが出ることとなった。
- モハ62形・クハ66形:1974年、身延線向けに、72系の台枠と機器を流用し当時新造中だった115系300番台に酷似した車体を乗せたもの。裾絞りの車体を側面が垂直な72系の台枠に載せたため、そこから下の車体裾が直立する珍しい形態となった（現代でもこうした断面は少数派で、383系など振り子式列車のうちの一部しかない）。元モハ63改造車と新造72系改造車が存在し、検査周期が違うため後者は500番代とされていた。（制御器は戦後製のCS10に統一されている他、仙石線車両同様間に旧来のツリカケ車は入れられない）新性能改造はなされることはなく1984年に運用離脱、1986年に全車廃車された。
クハ66の前頭部が、佐久間レールパークで展示され、シミュレーターを兼ねていた。
- クモハ84形:当該記事参照。72系の一族となるJR化後において最初で最後の旧性能電車であった。
他にも改造をしたり、台枠や機器を流用したりした荷物車・事業用車が存在する。これらは旧型国電ではあるが、用途上カルダン駆動の旅客車と繋がって走る前提のため、運転台の主幹制御器やブレーキ弁はそれら新型車と揃えられている。
なお未改造・未更新としての純粋な72系電車は国鉄末期には可部線・富山港線のみの稼働となっており､僅かに残っていたこれらのグループも1985年の富山港線を最後に引退した。
