キハ52はキハ20の2台エンジン車として勾配線向けに登場しましたが、2エンジンのため他の車輌より1.3m全長が長くなっています。外観では窓がひとつ多くなっており、床下に水タンクのスペースがないためトイレの向かい側に設置され、その部分には窓がないことが特徴になっています。また、100番台はエンジンを横型のDMH17Hに変更され、客室床にあったエンジンの点検ハッチがなくなり、臭いや騒音が軽減されました。600番台は簡易荷物車で車内中央部をアコーディオンカーテンで仕切り、その半分をロングシート化して荷物室や郵便室としました。荷物室として使用しない場合はカーテンを撤去して客室としていました。
増備が1966年までと最も遅くまで生産がされたことと、馬力が強いことから廃車は国鉄時代にはあまりなく、特に100番台はほとんどがJRに継承されました。しかし2エンジンは冷房の取り付けが困難なため、JR発足してまもなく廃車されるものが出るようになり、冷房化された車輌も老朽やワンマン化に適当でない車内配置であることから廃車になるものが発生しました。
現在は盛岡と新津、糸魚川といった寒冷地の勾配路線で使用されています。盛岡の車輌は耐寒強化のため窓を1段上昇式にし、簡易デッキも設置されました。また、新津の車輌とともにエンジンを強力なものに換装しています。糸魚川の車輌は冷房化とワンマン化されていますがエンジンはDMH17Hのままで、115のドアはキハ20で標準のプレスドアになっています。塗装は128が国鉄一般色で人気を得ていましたが、廃車になってしまいました。しかし盛岡でリバイバル塗装がなされ、再び注目をあびています。なお、盛岡の列車運用は盛岡支社のホームページで確認できます。
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