キハ２０形式・キハ２５形式・キハユニ２６形式
一般形気動車では初めて電車や客車並みの２８００㎜車体幅をもつグループです。これら形式は暖地向けの車輛です。車体はキハ１０系と同じ、バス窓でした。しかし、乗降扉は混雑時を考え、車体中央寄りに配置されました。台車はキハ１０系と同じものが使われました。両運転台構造はキハ２０形式、片運転台構造はキハ２５形式です。
キハ２０ ２０１～（キハ２０ ４６８）
キハ２０形式の２次車になるグループです。１次車の改良型となるもので、車体外板をプレス鋼板から軽量鋼に変更、台車もコイルばねを用いたＤＴ２２系になり乗心地が大幅に向上しました。客室窓もバス窓から上昇式を採用しました。全国各地で活躍をしました。
キハ２０ ５０１～（キハ２０ ５０３）
キハ２０形式の最終増備車となるグループで、２００番代との違いは車内照明の蛍光灯化、暖房装置の改良になり、外観はほぼ同じです。
キハユニ２６ １～（キハユニ２６ ２３：マワ車所蔵）
暖地向けの郵便・荷物合造車です。運転台後方に荷物室、続いて郵便室、客室の配置となっています。
キハ２１形式・キハ２２形式・キハユニ２５形式
東北、北海道向けの酷寒冷地仕様車となるグループです。キハ１０系ではキハ１２形式、キハ２０形式に耐寒・耐雪構造を盛り込んだキハ２１形式が投入されますが、冬季の厳しい環境下において車内保温の面で問題があり、新規に設計されたのがキハ２２形式で、昭和３３年に登場しました。
乗降扉を車体の両端に移動させ、デッキを設けました。客室窓は小型の一段上昇式窓を二重窓としています。暖房装置はエンジンの冷却水を利用した温水暖房方式です。床は雪が溶けて滑りやすくなるのを防ぐと同時に、雪靴などに用いられる滑り止め金具（スパイク）対策として木張りとし、断熱材を厚くしています。冬季には床下機器にカバーをかぶせるほか、冷却水による保温も行われており、徹底した耐寒・耐雪設計は以後の北海道に登場する車輛の基準ともなりました。
キハ２２形式に２基のエンジンを搭載した形式はなく、冬季になるとその非力さから２両編成で運転をしなければならない欠点もありました。しかし、現場での信頼度は高く、次世代車の投入が決まるも、採用には消極的であったという逸話も残っています。
道内のローカル列車の他に、支線の急行列車（いぶり、らいでん、せたな、はぼろなど）にも活躍しました。
キハ２２ １～１７０（キハ２２ １６６）
キハ２０形式の酷寒冷地仕様車です。外観は写真の通り、全く異なるもので、床の断熱材が厚いため、乗務員室扉や運転台窓が高い位置になっています。
キハ２２ ２０１～２４５（キハ２２ ２２９）
キハ２２形式の増備車です。室内灯の蛍光灯化、台車形式変更、ベンチレータ個数の変更が行われています。
キハ２２ ２４６～３４３（キハ２２ ２４８）
最終増備車となるグループでは、ベンチレータの個数が７個から９個に、ハニカムコア構造の乗降扉に変更するなどの違いがあります。
キハ２２ ７０１～（キハ２２ ７０６）
キハ２２ ２０１～を種車としたワンマン運転対応車で、平成２年に登場しました。ワンマン運転に必要な機器を搭載したほか、デッドマン装置、自動放送装置などが搭載されました。また、ブレーキも保安度向上のため直通予備ブレーキも設置されました。
キハユニ２５ １～（キハユニ２５ １）
キハ２１形式の設計を基に製作された寒冷地仕様の郵便・荷物合造車です。７番はキハ２２形式の設計となっています。乗降扉がキハ２５形式と同じ位置になっているのが特徴です。
キハ５２形式
勾配線区でも運用するために昭和３３年に登場した形式です。キハ２０形式に２基のエンジンを搭載したもので、床下スペースを広くする必要があるため、全長が延長され２１．３ｍとなっています。過去には非電化区間への夜行列車拡大のため、寝台車に改造して試験を行った事があります。勾配区間で重宝され、キハ２０系の中では最後まで活躍しました。
キハ５２ １～５６（キハ５２ ４７）
キハ２０形式に似たスタイルですが、車体が延長されたため座席が１区画増えたため、窓も８ヶ所となっています。床下はエンジンや変速機が設けられているため、トイレの水タンクはトイレの向かいに設置されています。
キハ５２ １０１～１５６（キハ５２ １４４）
昭和３８年に登場したグループです。キハ５８系やキハ８０系で好評であった横型エンジン（ＤＭＨ１７Ｈ形式）を搭載しています。騒音や振動を低減でき、コスト低減も図れることから２エンジン車を全て統一する事を受けて登場しました。床面点検蓋、車体中央側面の排気管が廃止され、客室窓は均一になっています。室内灯が蛍光灯に変更されています。
キハ５２ ６５１（キハ５２ ６５１）
地方線区の小荷物輸送用として、客室の半分をロングシートとし、アコーディオンカーテンで仕切る事で簡易の荷物室とする事も出来る車輛です。キハ２０形式やキハ２２形式を改造した車輛もありましたが、当形式は新製車となっています。
キハ５２形式の仲間たち
キハ２０系列の中で、勾配線区向けとして活躍したキハ５２形式はＪＲになっても活躍を続けて、最後まで活躍しました。
キハ５２ １２８（マワ車所蔵）
ＪＲ西日本木次線を中心に活躍した１両です。一般色をまとうこの車輛ですが、リバイバルカラーと思われるかもしれませんが、実は登場してから廃車になるまでこの塗装だったのです。１２８号車は国鉄時代は福島県会津地方で急行「いなわしろ」号で活躍。塗装簡略化のため首都圏色に塗り替えられる予定でしたが、急行用の車輛としてそのまま残されました。急行列車が廃止となり、遠く離れた木次線に転属し余生を送りました。
キハ５２ １３７とキハ５２ １４９
ＪＲ東日本に継承された車輛です。どちらもリバイバルカラーで、左の１３７号車は新潟支社、右の１４９号車は盛岡支社の所属です。どちらも更新車ですが、新潟支社は原型に近く、盛岡支社は客室窓を改良していました。ともあれ、キハ２０系は田舎のローカル列車の象徴的存在で、その姿はどこか懐かしく、そして暖かい印象が忘れられません。