国鉄末期には各地で短編成化による輸送改善が行われたが、北海道地区においても同様で、1986（昭和61）年3月･11月ダイヤ改正において781系の編成短縮（6両→4両）を行うことになった。そこで、モハ781形4両とサハ780形4両を先頭車化改造が苗穂工場にて施工された。
2006年4月1日現在札幌にクモハ781-101〜103・クハ780-101〜103の6両が配置されており、主に特急「すずらん」で使用、函館にクモハ781-104・クハ780-104の2両が配置されているが、こちらは保留車となっている。
クモハ781-101〜104
モハ781- 1・3・11・13を先頭車化改造して札幌方の制御電動車としたもので、種車の後位寄りに運転台を取り付け、出入台と雪切室は運転室後部に移設された。その他は種車の機器をそのまま引き継いでおり、主制御器、ＭＧ・ＣＰを搭載する。屋根上には発電ブレーキ用の抵抗器を設けている。冷房装置は屋根上にＡＵ78を1基搭載。台車はＤＴ38Ａ。定員56名。
クモハ781-103（札サウ）
モハ781-11 昭和55.1新製→クモハ781-103 昭和61.9改造
2006年7月19日 苗穂駅にて
クハ780-101〜104
サハ780- 1・3・11・13を先頭車化改造して旭川方の制御車としたもので、種車の前位寄りに運転台を取り付け、後位寄りの専務車掌室と業務用控室を撤去して4名分の座席と側窓を設けた。また、車掌室撤去部分に一部機器を配置したため定員が0番代よりも4名少ない60名となっている。パンタグラフ、主変圧器、主整流器を搭載し、台車はＴＲ208Ａ。便所付き。
0番代と同様に1992・93（平成4・5）年に前位寄りに客扉を増設する改造が行われている。
クハ780-103（札サウ）
サハ780-11 昭和55.1新製→クハ780-103 昭和61.9改造
2006年7月19日 苗穂駅にて
