ここではＪＲ東海のキハ４０系の車両運用について紹介していきます。なお美濃太田車両区配置車は２０１５年６月３０日をもって運用離脱となったため最末期の運用について紹介していきます。
・美濃太田車両区配置車の運用
美濃太田車両区配置車は２０１５年３月１４日実施のダイヤ改正で運用が大幅削減され、キハ４８形２連ワンマン対応車による５運用とキハ４８形２連非ワンマン車＋キハ４０形の併結３連による２運用からなり、２連運用は高山線岐阜－猪谷間で、３連運用は高山線岐阜－下麻生間でそれぞれ運用された。
このうちキハ４８形２連ワンマン対応車による５運用は５日周期でローテーションする運用が組まれていたが、運用１日目・４日目・５日目にそれぞれ運用途中で美濃太田車両区へ一旦入区する運用となっていたため車両交換も可能で、美濃太田車両区入区後交番検査実施などによる車両の差し替えが行われることもあった。
・伊勢車両区配置車の運用
伊勢車両区配置車は２０１５年３月１４日実施のダイヤ改正時点でキハ４８形２連ワンマン対応車による６運用とキハ４８形２連非ワンマン車による３運用、キハ４０形１両単独の３運用からなり、紀勢線亀山－新宮間と参宮線多気－伊勢市間でそれぞれ運用された。
伊勢車両区配置車の運用で特記すべき運用としては朝間帯の紀勢線上り３２２Ｄ（熊野市４：４６発→亀山８：５１着）で、ＪＲ東海のキハ４０系で最長となる５両編成で運転される。
ちなみに３２２Ｄは熊野市発車場面でキハ４０形の単行で運転されるが、紀伊長島でキハ４８形２連ワンマン対応車＋キハ４８形２連非ワンマン車の４連を増結、紀伊長島－亀山間では５両編成で運行される。
またもう一つ特記すべき運用としてキハ４０形の単行運用が存在する。こちらは紀勢線多気以南で早朝・夜間帯に運転される下り３本・上り３本で設定されている。
運用ローテーションはキハ４８形２連ワンマン対応車は６日周期、キハ４８形２連非ワンマン車とキハ４０形１両単独はそれぞれ３日周期でローテーションする運用が組まれているが、キハ４８形２連ワンマン対応車については運用３日目に、キハ４８形２連非ワンマン車とキハ４０形１両単独は運用１日目にそれぞれ運用途中で伊勢車両区へ一旦入区する運用となっているため車両交換も可能で、伊勢車両区入区後交番検査実施などによる車両の差し替えが行われることもあった。