451系・４7１系
１９６０年我が国初の量産型交直両用電車４０１系・４２１系が完成、１９６２年に走行装置や電気部品はこれらの技術をそのままに、車体構造を１５３系と同様にした急行用交直両用電車が製造された。
車体は限界いっぱいの2900ｍｍで裾を内側に折り曲げ、側窓はあらかじめ組み立てた窓部分を車体に外から取り付けるユニットサッシという１５３系と同様の構造で、前面も１５３系と同様のパノラミックウィンドウを持つ貫通型で当初から高運転台でデビューしている。
しかしローカル運用も考慮され制御電動車（Ｍｃ）を製作したほか、ホーム高さを嵩上げせずに電車化するために出入り台をステップ付きとした。このステップはクモハにおいては枕梁と側梁に支障してしまうため、車体強度を考慮し運転室直後の客用扉は外吊り式の扉が採用された。（のちに普通の戸袋のある引き戸に変更された。）
主電動機は交流区間での脈流運転対応を施した直流ＭＴ４６Ｂを採用、主抵抗器、主制御器についても直流機器が搭載されている。モハ４５０・モハ４７０には８００ｋＶＡの主変圧器とシリコン整流器が搭載され、屋根上は各種高圧機器、交直切替スイッチ空気遮断機、避雷器などが所狭しと並んでこの部分は低屋根構造となっている。台車はゆれまくらを廃止し空気バネの横剛性を利用した新設計のＤＴ３２・ＴＲ６９を採用、初の同系台車使用系列となった。
デビューは４５１系・４７１系共に１９６２年７月で、製造形式は４５１系がクモハ４５１・モハ４５０・サロ４５１・サハ４５１・サハシ４５１の５形式、４７１系はクモハ４７１･モハ４７０の電動車のみとし、付随車は４５１系と共用とした。クハ４５１は１９６３年に追加で誕生している。４７１系については車体裾に６０Ｈｚを示すクリーム４号の帯を巻いている。（のちに編成の統一感を重視して電動車以外にも帯が入れられた。）
１９６２年１０月１日から上野〜仙台の急行「みやぎの」に運用開始、１９６３年４月２０日からは大阪〜金沢間に「加賀」「越前」「ゆのくに」などに運用開始され、電車急行は交流区間にも拡大していった。
その後、１９６３年７月からＭＴ５４を装備した４５３系･４７３系（１ユニットのみ１９６５年２月に製造）が製造され、１９６５年からは抑速ブレーキ付きの４５５系・４７５系に移行、１９６９年に５０Ｈｚ・６０Ｈｚ共用の４５７系登場によって交直両用急行形電車の製造は打ち切られた。
４５１系･４７１系共に１９６７年からサロの冷房化、１９６９年からは普通車の冷房化工事が開始され１９７４年に完了している。その後も先頭車のシールドビーム化等が行われ、１９８６年から１９８７年にかけて４５１系の一部は４１３系（サハ４５１のみ）と７１７系に改造、４７１系の一部は４１３系に改造されている。４７１系は現在も電動車３ユニットが健在と聞く。