最初に２両編成５本、１０両が登場しました。２２３系を思わせるデザインが特徴です。

クモハ５２１－１～（クモハ５２１－１）

金沢方に位置する制御電動車です。直流電源を必要とする機器（ＳＩＶ付ＶＶＶＦインバータ制御装置、フィルターリアクトル、トランスリアクトル、電動空気圧縮機など）を搭載しています。

クハ５２０－１～（クハ５２０－３）

米原方に位置するパンタグラフ付制御車です。車内にはトイレの設備があります。交流区間を走行するために必要な機器（主変圧器、主整流器、ＶＣＢ、補助電源装置など）を搭載しており、運転整備重量がクモハ５２１形式より重いのが特徴です。

２両編成３０本、６０両が製作され、本系列で最も数の多いグループとなります。外観は１次車と変わりありませんが、接客設備に変更が生じています。手すりは角のあるデザインから、丸みを帯びたデザインへ、吊り手もとっさの時に強い力でしっかりと握れるように形状を変更しました。この他に、ロングシート部袖切りの大型化やトイレスペースの拡大などが行われています。

クモハ５２１－６～３５（クモハ５２１－２７）

２次車の金沢方に位置する制御電動車です。外観は１次車とほぼ同じです。

クハ５２０－６～３５（クハ５２０－１９）

２次車の米原方に位置するパンタグラフ付制御車です。トイレは拡大されており、車内のイメージが１次車と少し異なります。

本系列最後のグループで、２両編成１９本、３８両が登場しました。安全性向上を主に行った仕様となり、前頭部は２２５系で採用されたともえ投げ構造の衝撃吸収構造（クラッシャブルゾーン）が採用され、高運転台、標識灯類がＨＩＤ、ＬＥＤ化となり外観が大きく変化しました。これによる番代区分は発生せず、続番の形で製作されています。この他、車輛に何らかの衝撃が加わる事態（脱線や衝突など）を加速度から検知し、ＴＥ装置（緊急を要する事態（踏切で自動車と衝突するなど）が発生した場合、運転士は非常汽笛吹鳴、非常ブレーキ動作、パンタグラフ降下（気動車はエンジン停止）などの処置を行わなければならないのですが、これらを一括して扱う事が出来る装置。）を動作させる「列車異常挙動検知システム」及びキハ１２０形式に採用されたドア誤扱い防止システムが搭載されました。接客面では、先頭車同士連結時にその隙間から旅客が転落し、死亡する事故があり、これを防止するため先頭部にも転落防止幌が設置されました。この幌は１次車、２次車にも追加装備されています。

クモハ５２１－３６～５４（クモハ５２１－４５）

先頭部の構造を変更したグループで、外観のデザインが大きく変更されました。

クハ５２０－３６～５４（クハ５２０－５１）

先頭部の形状などは異なるものの、客室部や車内設備は他と同じです。