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580＋580
製造1965年、北武の2000系登場を受けて、それまで特急が存在しなかった筑波急行にも北武線直通の特急を走らせることになり、国鉄キハ58形と同設計（前面除く）で登場。
※地下線には入れないため、直通は両国止まり。
当初非冷房だったが、1975年に冷房化に当たり国鉄からキハ28を導入、キハ280形として電源車の役割を持たせた。ただし北武線内で電車の間を縫って走るには580＋280では出力不足であり、夏期は乗客が少なくても580+280+580の３両編成を組んでいた。
75年には冷房化の他、座席をボックスシートから転換クロス(2000系の発生品)に変更。特急にふさわしいアコモデーションとなった。(窓とシートのピッチは合っていない)
1982年から高出力機関に換装し電源エンジンを搭載(奇数車)。２両での運用が可能となり、280形は廃車となった。
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701＋702
製造2002年、筑波特急の日本橋直通を実現させることとなった車輛。
ディーゼルエンジンで発電して、インバータ制御で走る電気式気動車だが、電化区間では架線から集電して電車として走れるハイブリッド動力車。
交通省のプロジェクトの一翼を担う試験車ではあるが、北武の2900形と併結して営業にもついている。現在、1ユニット2両のみ存在。
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製造1989・1990年 形式消滅2004年
富士重工製LE-car2のボギー車版
旧100系(国鉄キハ10系)と200系(国鉄キハ20系)の老朽化にともなう置き換えとして導入
簡素で軽量な車体はコストダウンに大いに貢献し，結果として列車の増発，需要の喚起にもつなげることができた。しかし，もともと短寿命前提の上，多客時の対応が困難な構造であること，北武線への乗り入れができないことなどが，導入時には考慮されなかったデメリットとなり，比較的早く引退を迎えることとなった。
現在102号車が土浦駅の旧貨物側線に留置されて倉庫として使われている。
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旧国鉄キハ35/36形を導入したもの
入線に当たって，トイレの撤去，ステップの埋め込み(ただし外吊り扉なので外観は変わらず)，前照灯の２灯化が行われた。
その後，機関換装と冷房化が行われ,３扉の威力で主に土浦線での通勤輸送の担い手として活躍した。
通勤需要としては野田まで乗り入れて北武本線に接続したいところだが，ラッシュ時に電車と共通のダイヤに乗るのは難しく，水海道接続とせざるを得なかった。一方，ワンマン対応がしにくい構造からローカル運用への転用もしにくく，運用効率の悪さが目立つようになった｡
これらの問題と合わせ老朽化も進んできたために，400形と交代する形で廃車が進んでいる。
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製造1996年〜、キハ100形とキハ300系を合わせて置き換える形で導入を進めている。
標準的な富士重工LE-DCシリーズだが，ラッシュ対応として3扉となっており，名鉄キハ30型と似ているが,乗務員扉が左右に付き前後左右対称な車体となっている。
富士重工の鉄道車両撤退に伴い，2003年度からは新潟トランシス製となっている。基本設計は同様だが,ラッシュ時に特化してシリーズ初の片運転台となった。
ローカルでの単行ワンマン運用から，最大6両編成での北武線野田乗り入れまで，多様な運用をこなしている。
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