キハ5800形は1960年に2両が導入されました。
車体は鉄道院が1914年に製造したデハニ6465・6459で、モニ3009・3010に改造されたのち1936年に三信鉄道(現・飯田線)に譲渡され、鋼体化されてデ301形301・302となりました。国有化後に電装解除・片運転台化を経て1953年にクハ5800・5801となりました。導入にあたりディーゼルエンジンを取り付けて気動車化、両運転台化改造が行われました。
キハ200形により置き換えられましたが、キハ5800は1997年まで予備車として残りました。除籍後も五井機関区内に保管されています。