現名称後
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2004年（平成16年）4月1日から、各線の運用車両を一括管理する「保全一元化施策」に伴い、京葉車両センターへ改称。同年度に、武蔵野線用103系16両が、インドネシアの鉄道会社（KRLジャボタベック（PT Kereta Api））に有償譲渡。2005年（平成17年）7月28日に、同年4月25日のJR福知山線脱線事故に伴い、武蔵野線用の103系8両がJR西日本へ移籍することになった。同年9月14日に103系及び201系900番台の置き換え用に、東京総合車両センターから205系10両が転入し、同年11月までに計40両が転入。201系900番台は、201系10両非分割編成の2編成の中間に組み込まれていたが、同年11月2日廃車。残った10両は、4+6両の非分割編成に組成し直した（詳細は後述）。同年11月18日に京葉線用103系10両貫通編成の運用終了、さらに、同年12月8日に武蔵野線用103系が運用終了したため、当センターの103系は運用終了となった。 2006年（平成18年）3月27日に、ACトレインで試作試験したDDM・連節構造などの開発成果を盛り込んだE331系が配置された。2007年（平成19年）3月18日のダイヤ改正より京葉線で営業運転を開始した（詳細については後述）。同年2月8日と3月21日に京葉線用205系10両編成計2本の運用離脱の為、豊田電車区から201系20両が転入。同年3月のダイヤ改正に伴う、武蔵野線増発の為、同年3月9日に京葉線用205系10両編成×1本を、武蔵野線用として転用し、18日に運用を開始した（詳細は後述）。2008年（平成20年）9月20日に、浦和電車区から、京浜東北線・根岸線へのE233系1000番台投入に伴い、209系を京葉線へ転用することになり、209系500番台10両が転入、同年12月1日に京葉線での運用が開始され、その後、2009年（平成21年）1月までに計40両が転入。これにより、201系10両非分割編成と10両貫通編成が2008年12月から2009年2月までに順次廃車になった。なお、201系10両非分割編成1編成の内8両は廃車されず、分割編成と編成の差し替えが行われた（詳細は後述）。また2009年（平成21年）3月14日のダイヤ改正で、横浜線増発用として京葉線用205系を武蔵野線用に転用、捻出された武蔵野線用205系は同年4月30日に鎌倉車両センターに転属（詳細は後述）。209系500番台は、2010年（平成22年）3月13日のダイヤ改正から、205系110km/対応編成と共通運用となった。 2010年3月5日に、E233系5000番台10両が配置、同年7月1日にはE233系5000番台が運用開始。同年4月3日には、2007年3月19日直後に連節部に不具合が生じ、運用を離脱していたE331系が、営業運転に復帰。同年11月29日と12月8日にE233系5000番台の10両分割対応用4両編成と台6両編成がそれぞれ1本ずつ配置、順次201系10両分割編成を置き換えた。同年12月4日のダイヤ改正に伴い、「むさしの号」が八王子〜大宮間で、「しもうさ号」が海浜幕張・新習志野・西船橋〜大宮間で定期運転を開始、武蔵野線運用車両の運用範囲が大宮・八王子まで拡大。また、京葉線用209系500番台を8両編成化の上、武蔵野線用として運用開始（詳細は後述）。2011年（平成23年）6月20日に201系10両分割編成の運用終了、同年7月25日には京葉線用205系10両編成の運用終了。なお、京葉線用205系110km/対応編成の内2編成を除く一部は、宇都宮線・日光線用に転用され小山車両センターへ転属、その他の編成は1編成を除き一部が、長野総合車両センターで転用改造を施工、富士急行へ譲渡 （詳細は後述）。2014年（平成26年）4月2日に、2010年4月3日の営業復帰後、土休日のみに限定運用されていたE331系が廃車された。 2015年（平成27年）2月2日と3月5日に、同年3月14日のダイヤ改正に伴う武蔵野線増発及び南武線へE233系8000番台投入に伴い、中原電車区（現・鎌倉車両センター中原支所）から205系を組成変更した計16両が転入（詳細は後述）。山手線へE235系の投入に伴い、E231系500番台を10両化して三鷹車両センターへ転属、そこで捻出したE231系0番台で当センターの武蔵野線用205系を置き換えることになり、武蔵野線用に転用改造したE231系0番台8両が2017年（平成29年）9月14日に転入、同年11月1日から運用開始した。 2018年（平成30年）3月28日に、三鷹車両センター所属209系500番台を武蔵野線用に転用改造した8両が転入 同年12月7日までに計32両が転入した。2019年（平成31年・令和元年）も、3月1日から6月26日までに計24両転入した（詳細は後述）。 2018年（平成30年）2月28日JR東日本より武蔵野線用205系336両（当センター所属全車）を、2018年3月から2020年にかけてインドネシアの鉄道会社「PT Kereta Commuter Indonesia」へ譲渡することが発表され、それに伴う廃車が、2018年3月3日から始まり、0番台は2019年10月26日までに、5000番台は2020年10月22日（10月19日が最終運用日）までに廃車、当センターの205系の運用が全て終了した。 2020年7月9日に、三鷹車両センター所属の試作編成の900番台が、大宮総合車両センターにて8両編成化及び転用改造の上転入、10月6日に、松戸車両センター所属車が長野総合車両センターにて8両編成化及び転用改造の上転入（長野総合車両センター出場日は翌7日）、これを持ってE231系0番台の武蔵野線への投入が終了した。
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