ここからはＪＲ東海のキハ４０系に施工された各種改造工事について紹介していきます。
エンジンの直噴化改造 キハ４０系は登場当初ＤＭＦ１５ＨＳＡを搭載していたが、燃費向上を企図して国鉄時代末期から直噴化改造が実施された。
冷房改造 ローカル列車の冷房化を進めるため１９８８年度から冷房改造を実施した。冷房改造は１９８８年７月にキハ４８ ５１１とキハ４８ １５１６の２両にサブエンジン式冷房装置を搭載する方式で施工したが、車内の冷風吹き出し口は２種類が用意され比較検討が行われた。
キハ４８ ５１１は車内天井部にクーリングユニットを４基千鳥配置する方式、キハ４８ １５１６は天井中央部に冷風ダクトを引き通す方式をそれぞれ採用した。またキハ４８ １５１６は冷風ダクトと競合するベンチレーター２基が撤去された。
その後１９８９年度からキハ４７形・キハ４８形を対象とした冷房改造が開始されたが、キハ４８ ５１１で試用された方式が採用され、１９９１年度に完了した。
一方キハ４０形は１９８９年度に伊勢運転所配置車６両を対象にエンジン換装（後述）と同時施工で冷房改造が実施された。こちらは屋根上にインバータクーラー：Ｃ－ＡＵ７１１Ｄ型を２基搭載、天井中央部に冷風ダクトを引き通す方式で、冷房電源としてはエンジンに直結した充電発電機からＤＣ６００Ｖを得る方式とした。
また美濃太田運輸区配置のキハ４０形は１９９０年度から冷房改造が実施されたが、こちらはキハ４７形・キハ４８形と同様サブエンジン式冷房装置を搭載する方式で冷房改造が実施された。
塗装変更 ＪＲ東海のキハ４０系は全車朱色５号一色塗りで使用されていたが、１９８８年１１月に全般検査を実施したキハ４８ ５２８ではアイボリーにオレンジとグリーンの“湘南色”の帯を入れたいわゆる“ＪＲ東海色”に塗装変更された。その後１９８９年度から全般検査施工時に塗装変更が順次実施され、１９９１年８月に全般検査を受けたキハ４０ ２０５７を最後に塗装変更が完了した。
なおキハ４８形の車端部手すり部分は塗装変更第１号車のキハ４８ ５２８ではアイボリー一色塗りで出場したが、１９８９年度以降の塗装変更車では車端部手すり部分にも“湘南色”の帯が入れられた。その後１９９２年度以降の全般検査施工車では車端部手すり部分の塗装が再びアイボリー一色塗りに変更、併せて愛称名札差し・駆動機関用吸気口についてもアイボリー一色塗りに変更された。
また台車は黒一色塗りであったが、１９９２年３月に全般検査を受けたキハ４８ １５２８からは台車がグレー一色塗りに変更され、最終的に５９両全車で台車のグレー一色塗り化が実施された。
エンジン換装 ＪＲ東海のキハ４０系は前述の通りオリジナルのＤＭＦ１５ＨＳＡの直噴化改造を実施していたが、加速性能向上と走行性能向上を図るべく１９８９年度からエンジン換装が段階的に実施された。
エンジン換装の第１陣は１９８９年度に伊勢運転所配置のキハ４０形２０００番代車６両を対象に実施された。エンジンは特急型ディーゼルカー：キハ８５系で採用されたＣ－ＤＭＦ１４ＨＺ（３５０ＰＳ／２０００ｒｐｍ）に換装、併せて液体変速機はオリジナルのＤＷ１０から直結２段式のＣ－ＤＷ１４Ａへ換装、前述の通りインバータクーラーを使用した冷房改造も合わせて実施され車号は元番号＋３０００に改番、キハ４０形５０００番代車とした。
続いて１９９１年度には武豊線のワンマン化（後述）に際してキハ４８形５００番代車５両に対してＣ－ＤＭＦ１４ＨＺ＋Ｃ－ＤＷ１４Ａへの換装が実施され、車号は元番号＋３０００に改番され、キハ４８形３５００番代車とした。
その後１９９５年度から残る４８両についてエンジン換装が実施されたが、１９９５年度からの施工分では快速“みえ”用として登場したキハ７５系で採用したＣ－ＤＭＦ１４ＨＺＢ（３５０ＰＳ／２０００ｒｐｍ）へ換装、液体変速機はＣ－ＤＷ１４Ａへ換装、１９９９年度に全５９両のエンジン換装が完了した。
なおエンジン換装に合わせて全車２－４位側の駆動機関用吸気口と１－３位側／２－４位側の給水口が撤去されたほか、１９９５年度からの施工分では２－４位側の新鮮外気導入口も撤去された。
ワンマン化改造 ＪＲ東海のキハ４０系のワンマン化改造は１９９１年度にキハ４０ ２０５７・２１１２の２両に施工されたのが最初で、改造内容は乗務員室仕切戸の改造・背面仕切窓新設・車内確認用ルームミラー新設・デットマン装置新設・戸閉回路変更・自動放送装置新設・自動両替機能付運賃箱新設・整理券発行機新設が実施された。
その後１９９２年１０月から武豊線でワンマン運転が開始されたが、武豊線でのワンマン運転開始用として１９９２年度にキハ４８形１０両とキハ４０形１両にワンマン化改造が実施された。改造内容は１９９１年度改造車２両に準じるが、客扉付近に車外スピーカーが新設されたほか、前面窓ガラスは熱線入りガラスに交換の上電熱式デフロスタを撤去、また車内に運賃表示器が新設されたほか、キハ４８形１０両については客室とデッキの仕切壁が撤去された。
さらに高山線美濃太田－高山間のワンマン化（１９９９年１２月４日から）・紀勢線多気－新宮間のワンマン化（２００１年３月３日から）・高山線高山－猪谷間のワンマン化（２００３年１０月１日から）に対応するため１９９９年度から２００３年度に追加改造が実施され、最終的にキハ４０形８両とキハ４８形３５両にワンマン化改造が実施された。
なお高山線美濃太田－高山間のワンマン化に際して冬季における車内保温対策として戸閉回路の改造が実施され、押ボタン式半自動化が実施されドア開閉用押しボタンが新設されたほか、キハ４０形８両では１－３位側のジャンパ連結器をＫＥ５３形２基からＫＥ９４形１基に交換されたほか、キハ４８形では１－３位側連結面のジャンパ連結器についてＫＥ５３形２基からＫＥ９４形１基に交換した。
車号整理 ＪＲ東海のキハ４０系は搭載エンジンの相違やワンマン化施工の有無などで車両仕様が複雑化した。そこで１９９９年度から２０００年度にかけて車号整理が実施された。
番台区分ではＣ－ＤＭＦ１４ＨＺを搭載した車両は３０００番代、Ｃ－ＤＭＦ１４ＨＺＢを搭載したものは５０００番代とし、寒冷地仕様車はプラス５００番代、ワンマン化改造を施工した車両はプラス３００番代とし、車号の下２桁は元番号の順番で０１から付番した。このため一部の番台区分を除き欠番が生じた。
ＡＴＳの改良 ＪＲ東海のキハ４０系のＡＴＳはＡＴＳ－Ｓ型を搭載していたが、２度にわたるＡＴＳの改良が実施された。
まず１９９１年度にはＡＴＳ－Ｓ型をベースに即時停止機能と時素式速度照査機能を付加したＡＴＳ－ＳＴ型が導入され、車体表記は“ＳＴ”に変更された。
続いて２０１０年度からはパターン型速度照査機能を付加したＡＴＳ－ＰＴ型が導入された。ＡＴＳ－ＰＴ型の導入に際して車上装置の取り付けが必要となり２０１０年度から２０１２年度にかけて全般検査併施でＡＴＳ－ＰＴ型車上装置が取り付けられた。ＡＴＳ－ＰＴ型の車上装置は２－４位側前位寄り台車直後に搭載されたほか、床下にＡＴＳ－ＰＴ型用車上子が、後位寄り台車に速度発電機が、運転台計器板上部にＡＴＳ－ＰＴ型車上表示器がそれぞれ新設された。
なおＡＴＳ－ＰＴ型の使用開始に伴いＡＴＳ－ＳＴ型はＡＴＳ－ＰＴ型が動作できない場合に備えてＳＴ型絶対停止を残して地上設備が撤去されたが、車両側ではＡＴＳ－ＳＴ・ＡＴＳ－ＰＴ併設のまま存置とされた。
その他 トイレについては全車汚物処理装置非搭載で竣工したが、黄害対策として１９９５年度から全般検査併施で汚物処理装置の取り付けが実施された。
・側窓はキハ４７形とキハ４０形暖地向け仕様車が２段上昇式、キハ４８形とキハ４０形寒冷地仕様車が上段下降・下段上昇の２段窓を装備していたが、１９９２年度に全車下段窓の固定化が実施され、下段窓開閉用つまみが撤去された。
・灰皿は全車装備していたが、１９９４年３月のダイヤ改正時にローカル列車の完全禁煙化が実施されたため全車撤去された。