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- 401系のパワーアップ版現る401系の登場から4年。1965年に出力を100kwから120kwにパワーアップさせた403系が登場。この時、先頭車両の形式だけクハ401形が継承され、クハ401-51が403系のトップナンバーとなります。
1967年の国鉄水戸線電化にあわせ、翌年までに4両編成20本（80両）が製造されて勝田電車区へ配置されました。後々、前面強化工事やシールドビームへの変更などが施され、42年に渡って常磐線、水戸線で活躍することとなります。
- 主な遍歴先頭車の車番の下一桁は401系より上野寄りは偶数、原ノ町寄りは奇数としていますが、トップナンバーのクハ401-51のみ上野側の先頭車となっています。これは組成されていたクハ401-52が踏切事故で大破し廃車となったことに由来するもので、紆余曲折あって様々な車両と組成して生きながらえるもクハ401-51だけ残り、1989年に上野側に向きを変える工事が施された上で、サハ411-707から改造されたクハ401-701と組成して鋼製車の最後の時まで走り続けました。
1985年以降、一部で中間車を415系700番代に組み換えたほか、1990年から1992年にかけて415系1500番代の投入により非冷房車が廃車になりました。さらに1997年にはE501系の投入により13両が廃車となりますが、残る40両余りは2007年3月17日のダイヤ改正まで活躍を続けました。なお、唯一シールドビームに変更されなかったK821編成の4〜7号車で組成されたK921編成（クハ401-84 ＋ モハ402・403-17 ＋ クハ401-83）に限っては、一足早く2005年10月末に廃車となりました。
403系およびＪＲ東日本の415系鋼製車が全廃となった2007年にはさいたま市に鉄道博物館がオープンするわけですが、展示車両についてのＱ＆Ａのようなものがあり「403系は保存しないのですか」という意見に対して「401系だったら博物館で保存が可能だった」と解答し、403系は保存しない意向が示されていました。