国鉄ナデ6110形電車（国鉄ホデ6110形電車）
国鉄ナデ6110形電車は、1911年（明治44年）から1914年（大正3年）にかけて製造された中央線・山手線用の電車で、現存する最古のボギー電車です。前後2つの台車（ボギー台車）を備えることで、円滑な曲線通過と安定した走行を可能としました。また扉を片側3か所に設けるなど、のちの通勤形電車の原型となる特徴を備えていました。国の重要文化財に指定されています。
キハ41300形気動車
キハ41300形気動車は、1930年代に登場した国鉄初期の気動車で、地方路線の近代化を支えた車両です。気動車とは、エンジンで自走する鉄道車両のことで、非電化線区間において蒸気機関車に代わるものとして注目されました。
車窓には、小海線の美しい風景が映し出されています。
マイテ39形式客車
マイテ39形式客車は、1930年（昭和5年）に2両のみ製造された国鉄の1等展望車で、東京—下関間を結んだ特急「富士」の最後尾に連結されました。
「桃山式」と呼ばれる純和風の豪華な内装が特徴です。
1号御料車（初代）
1号御料車（初代）は、1876年（明治9年）に製造された日本初の御料車（天皇専用客車）です。京阪神間の鉄道開業にあたり、明治天皇が乗車するために用意されました。国の重要文化財に指定されています。
国鉄ED40形電気機関車
国鉄ED40形電気機関車は、信越本線の横川—軽井沢間（碓氷峠）の急勾配区間用に、1919年（大正8年）から製造開始されたアプト式直流用電気機関車です。ドイツ製EC40形を参考にしつつ改良を加えたもので、国鉄初の国産電気機関車です。鉄道省大宮工場で製造されました。国の重要文化財に指定されています。
転車台
本館1階・車両ステーション中央には、展示のための転車台が設けられています。汽笛の合図とともに転車台が回転する転車台回転・汽笛吹鳴実演は人気のプログラムです。転車台の上の車両は、C57形蒸気機関車やEF55形電気機関車など、時期によって入れ替えがあります。
国鉄EF55形電気機関車
国鉄EF55形電気機関車は、1936年に3両のみ製造された旅客用電気機関車です。
流線形の先頭部は、イギリスのマラード号にも通じる、1930年代の鉄道デザインにおける世界的な潮流を反映したものといえます。EF55形は、ペンシルバニア鉄道GG1形電気機関車を参考にしています。
