営団5000系電車（えいだん5000けいでんしゃ）は、1964年（昭和39年）に登場した帝都高速度交通営団（営団）の通勤形電車である。2004年（平成16年）4月の営団地下鉄民営化に伴い、東京地下鉄（東京メトロ）に継承された。
本項目では一部説明で西船橋方先頭車の下2桁+50の編成番号を使用している（ただし、アルミ車編成は下2桁+40の編成番号。この表記の使用は東西線用で10両編成化後の編成を表す）。また、千代田線については区間によって車両の仕様が異なることから、必要な場合には綾瀬 - 代々木上原間を「本線」、北綾瀬 - 綾瀬間を「支線」と表記する。
概要 1964年（昭和39年）から1981年（昭和56年）にかけて428両（後述の事故廃車の代替車2両を含む）が製造された。東西線が日本国有鉄道（以下国鉄、現・東日本旅客鉄道〈以下JR東日本〉）中央緩行線との相互直通運転を行う予定であったことから、国鉄車に合わせて営団では初の20 m級車体となった。なお、後継車の05系が登場するまでは日本の地下鉄車両の中で最も車両数の多い系列だった。
設計時に最終的な編成は基本編成を7両編成（MT比6M1T）とし、ラッシュ時には付属となる3両編成 (2M1T) を増結して最大10両編成 (8M2T) で運行する計画であった帝都高速度交通営団『東京地下鉄道東西線建設史』pp.735 - 741 。。なお、この編成形態について営団は75 kW電動機による全電動車、国鉄は110 kW電動機による付随車を連結した6M4Tと編成構成の見解に相違があり、協議の結果、電動機は100 kWまたは110 kW品使用による8M2T編成とすることに落ちついた帝都高速度交通営団『東京地下鉄道東西線建設史』p.721 。。
車両形式については日比谷線3000系において4000番台の車両番号も使用されていることから、都市計画第5号線ともゴロ合わせの良い「5000系」を使用することになった交友社「鉄道ファン」1991年9月号記事。この車両の基本的な車体は国鉄103系がベースであり、車両性能面は3000系のマイナーチェンジ車としてコストを抑えた設計となっている鉄道図書刊行会「鉄道ピクトリアル」1987年12月臨時増刊号。
この5000系では、3000系までとは方針を変更し、経済性を重視して設計することとなった。 外観は製造コストの低い通勤車とする。 保守性や消耗部の長寿命化を優先する。 工場入場日数を短くするため機器を交換しやすい構造とする。 車内は従来車程度とする。
車体 前面形状は3000系の曲面構成に対し、製作工程の容易化のために三面折り妻構成の準切妻型とした。3000系では縦並びに配置されていた前照灯と尾灯は横並びに改められたほか、前照灯は前方視認性向上の観点からシールドビーム式を採用した。車体構造は3000系に引き続いて骨組みに普通鋼、外板にステンレス鋼を使用するスキンステンレス車を採用した。車体の補強として設置するコルゲートは同系列よりも簡単な形状とした。
片側側面に4か所の両開き客用扉を配し、2段式の側窓と細長い戸袋窓がそれぞれドア間に2つ、車端部に1つずつ設けられている。側窓の外枠は2次車までは丸みを帯びているが、3次車から丸みがなくなった。側扉は戸袋への引き込み事故を防ぐ目的で、窓が極端に小さなデザインのものが営団で初めて採用された。
車体は無塗装の金属地肌で、前面・側面とも窓下にラインカラーの帯（東西線はスカイブルー色、千代田線はグリーン色）が巻かれている。昔の等級制を思い出させるという理由で日比谷線では路線識別帯を採用しなかったが、東西線ではタバコのハイライトの包装紙と同色の「ハイライト・ブルー」を使用した。このほか、千代田線に投入されて東西線に転属した車両の一部は、一時的にグリーン帯の状態で東西線で使われていた（一般公開で展示されていた写真による）。
当初の前面識別帯は側面と同じ115 mm幅（1次車は80 mm幅）であったが、千代田線投入分では1970年（昭和45年）10月からの国鉄常磐緩行線乗り入れ改造時に530 mm幅に拡大する改造を実施した。東西線用においても、1971年（昭和46年）11月から1973年（昭和48年）3月にかけて全先頭車の前面帯を530 mm幅に拡大した帝都高速度交通営団『60年のあゆみ - 営団地下鉄車両2000両のあゆみ - 』pp.220 - 222。。これは国鉄の保線作業者が曇りの日の作業時に列車接近が分かりづらいとの意見からである。
当初の車両番号表記は側面のみ配置し、前面には配置していなかった。ただし、製造途中から連結器横の機器箱にペンキ書きで車両番号が記載され、その後1970年代後半に前面識別帯中央部に車両番号板が設置された。また、1990年代前半からは車掌台側の前面ガラスに編成番号表記が貼り付けされた。1978年（昭和53年）以降、誘導無線の感度向上のため、東西線用では運転席側の端部に誘導無線用アンテナが増設された帝都高速度交通営団「60年のあゆみ」。
車内 客室内装は基本的に3000系をベースに製作した。化粧板は濃いクリーム色、天井は白色のメラミン樹脂積層板を使用した。座席モケットは1人分の掛け幅は430 mm幅で、当初はエンジ色の表地であり、座席端の仕切りはパイプで仕切るものである。3000系では省略されていた床面の主電動機点検蓋（トラップドア）は保守を考慮して設置した。
客室側窓は二段式で、上下の窓は同じレール上にあり上段上昇（全開する）・下段上昇（75 mmだけ上昇）するものである。直通運転に備え、側窓の遮光装置は3000系の板状の「カーテン戸」から巻き上げ式カーテンを設置した。
側扉は前述した小形窓のもので、扉の客室側は化粧板仕上げとしている。天井の送風機・扇風機については次車分類の項で記載する。車両間貫通路は片開き扉（窓は側面のように小さくない）の付いた狭幅のもので妻窓を設置している。
乗務員室 運転台については回転式ツーハンドルで、デッドマン装置付きである。力行は1 - 4ノッチ、ブレーキ弁は電磁直通式である。速度計の最大目盛りは120 km/hである。
乗務員室背面仕切壁は中央に乗務員室扉があり、その左右にも窓があるもので、遮光幕は客室側から向かって左側の窓と乗務員室扉窓で使用される。
機器類 主制御器は3000系と同様の三菱電機製電動カム軸式抵抗制御方式（ABFM-138-15MDH形）で、起動時に直並列切替を早めに行う点や、バーニア制御による多段方式で、パターン制御を採用している点は同様である帝都高速度交通営団『東京地下鉄道東西線建設史』pp.747 - 752 。三菱電機『三菱電機技報』1965年4月号「」pp.88 - 94。。ただし、起動加速度は3.5 km/h/sとし、製造コストを下げるため主制御器の制御段数は力行53段（直列18段、並列25段、弱め界磁10段）、ブレーキ41段（全界磁）とし、またノッチオフ時はステップ戻しは行わず減流遮断方式とした。制御方式は1C8M方式であり、編成は必ず電動車数が偶数になるように組まれた。
主電動機は3000系の1社製造から、本形式では同仕様のものを数社で製造することとなり、三菱電機・日立製作所・東京芝浦電気・東洋電機製造4社の共通設計となった。主電動機はメーカー形式（三菱MB-3088Aなど・日立HS-835Arbなど・東芝SE-549など・東洋TDK-881-Aなど）の他に「MM-5A形」などと営団形式が付けられているネコ・パブリッシング復刻版私鉄の車両22巻。主電動機出力は100 kW（端子電圧375 V・電流300 A・回転数1,450 rpm）で、各電動車に4基ずつ搭載する。3000系のものを車体大型化・付随車連結のために増強した形で、弱め界磁率は同じ30 %である。出力こそ100 kWだが実用スペックは国鉄MT55に近く、しかも地下鉄用のため低騒音型である。歯車比は3000系の6.53に対して6.19とやや高速向きの設定とした。
台車は製造時の1 - 4次車は枕ばねにダイヤフラム形空気ばねを使用したミンデンドイツ式（両板ばね式）軸箱支持方式のFS358形台車を採用した帝都高速度交通営団『東京地下鉄道東西線建設史』pp.743 - 745 。。この台車は軸箱の前後から板ばねで支えるため、台車全体が大形化している。ただし車輪径は860 mm、軸距は2,100 mmに収まっている。
なお、このタイプの台車は後年に台車枠の亀裂と製作上の欠陥が明らかとなり、電動車は1979年（昭和54年）10月から1987年（昭和62年）1月にかけてS形ミンデン式台車FS502形（途中からSU形ミンデン式台車FS502A形）へと交換が進められた。 1990年代からは5800形（CT車）にも交換が実施された。
5次車からはS形ミンデン式（片板ばね式）軸箱支持方式のFS502形台車に変更し、台車全体の小形化を図った交友社「鉄道ファン」1978年1月号「帝都高速度交通営団東西線10両化と千代田線延長にともなう車両増備」pp.130 - 133。。最終増備車となる7次車は同タイプだが、U形ゴムパッドを挿入したSU形ミンデン式台車FS502B形を使用する。
基礎ブレーキ装置は片押し式のセミユニットブレーキ方式を採用し、構造の簡素化と保守性の向上を図った。その後、営団地下鉄ではユニットブレーキ方式の研究開発を続け、1988年（昭和63年）落成の日比谷線03系・東西線05系以降の新系列車両で本格的な実用化につながった。
電動発電機 (MG) は全ての電源を集約したもので、出力12 kVA品を搭載する帝都高速度交通営団『東京地下鉄道東西線建設史』p.757 。。空気圧縮機 (CP) は4次車まではロータリー式のAR-2形（吐出量1900 L/min）を搭載していたが、5次車からはレシプロ式のC-2000M形（吐出量2,130 L/min）に変更した。その後、ロータリー式を搭載する車両は1980年代後半にレシプロ式C-2000M形へと交換が進められた。
ブレーキ装置は3000系同様の発電ブレーキ併用の電磁直通ブレーキ（HSC-D形）を採用しているが、本形式ではT車遅れ込め制御を併用し、省エネルギー化を図っている。改正により義務付けられた保安ブレーキ装置は5次車から新製設置され、1979年（昭和54年）7月以降、在来車も全車両が設置改造を受けた。
パンタグラフは剛体架線対応形で、主制御器を搭載する5200形と制御電動車の5000形に搭載されていたが、東西線用の5000形のものは後年に撤去された。パンタグラフは菱形搭載車はPT-43-F、シングルアーム式搭載車はPT-7136-Aを搭載していた。
+車両重量表（東西線・千代田線本線）形式非冷房車冷房改造車ステンレス車アルミ車ステンレス車アルミ車5000形36.0 t31.5 t37.1 t 32.6 t5200形 36.0 t 31.5 t 38.0 t 33.5 t5600形 35.0 t 30.5 t 36.1 t 31.6 t5800形 27.5 t 23.0 t 31.0 t 26.5 t5100形 35.0 t 36.1 t5900形 26.5 t 30.0 t
車種 前述のとおり最終的な製造車両数は428両で、内訳はステンレス車が405両と事故代替車が2両、アルミ車が21両である。ただし、下記の製造両数に事故代替車は含まない。
5000形（アルミ車は5150 - と区分）・計51両 ステンレス車5001 - 5048号・アルミ車5150 - 5152号 電動発電機 (MG) と空気圧縮機 (CP) 、蓄電池 (BT) を搭載する制御電動車。5200形とユニットを組んで使用される。東西線では中野、千代田線では北綾瀬側の先頭に連結される。当初は全車両にパンタグラフを設置していたが、後に東西線用車両では撤去されている。 下記編成表ではCMと表記する。 5200形（アルミ車は5450 - と区分）・計174両 ステンレス車5201 - 5365号・アルミ車5450 - 5458号 パンタグラフと主制御器を搭載する中間電動車。5000形・5600形・5100形のいずれかとユニットを組んで使用される。ステンレス車は製造数が100両を超えたため、車両番号は5300番台に突入した。 下記編成表ではM1と表記する。 5600形（アルミ車は5750 - と区分）・計96両 ステンレス車5601 - 5690号・アルミ車5750 - 5755号 MGとCP、BTを搭載する中間電動車。2次車以降で製造され、5000形を中間車化した構造となっており、5200形とユニットを組んで使用される。 下記編成表ではM2と表記する。 5800形（アルミ車は5950 - と区分）・計51両 ステンレス車5801 - 5848号・アルミ車5950 - 5952号 制御車。東西線では西船橋、千代田線では代々木上原（本線）・綾瀬（支線）側の先頭に連結される。 下記編成表ではCTと表記する。 5100形（ステンレス車のみ製造）・計27両 5101 - 5127号 5600形に準じた中間電動車だが、車庫内での移動のために中野・綾瀬側の車端に収納式の簡易運転台が設置されている。5次車以降で製造され、5200形とユニットを組んで使用される。 下記編成表ではMcと表記する。 5900形（ステンレス車のみ製造）・計27両 5901 - 5927号 5次車以降で製造された付随車。5100形と同様に西船橋・代々木上原側の車端に簡易運転台が設置されている。 下記編成表ではTcと表記する。
次車分類 下記の次車分類は東西線用を基本として記載し、千代田線投入分の車両は別途記載する。
編成両数の変遷は以下の通り 東西線用 3両編成→7両編成→（暫定8両・9両編成）→10両編成
千代田線本線用 3両編成→5両編成→10両編成（5両編成2本を連結）
千代田線支線用 3両編成
増備過程は複雑であるが、基本的には編成車として東西線用7両編成41本（287両）と千代田線用5両編成10本（50両）が製造された。その後、1977年（昭和52年）以降に東西線用には輸送力増強用として中間車86両を、千代田線には支線車両捻出用に中間車3両が増備された。
これをもって全426両の増備を完了するが、1981年（昭和56年）9月14日には千代田線用は53両のうち支線用の6両を残して、47両が東西線に転属した交友社「鉄道ファン」1981年7月号「営団千代田線車両のうごき」pp.89 - 92。。
なお、東西線用の1 - 4次車 287両、千代田線用の4次車 50両は信託車両で導入されている帝都高速度交通営団『東京地下鉄道東西線建設史』pp.79 - 157。帝都高速度交通営団『東京地下鉄道千代田線建設史』pp.139・157。。信託期間は5年度間であるが、期間を待たず東西線用は1971年度（昭和46年度）、千代田線用は1972年度（昭和47年度）までに全車両の繰り上げ支払いをしており、同年度末までに信託車両は解消された。
1次車（1964年製） 5001 - 5006号・5201 - 5206号・5801 - 5806号 東西線最初の開業区間である高田馬場 - 九段下間開業用として3両編成6本が製造された。
車内には外気導入（押し込み）形の軸流送風機（ファンデリア）が設置され、車外屋根上の通風器（ベンチレーター）は八角形状のものが搭載されていた。主制御器は重量や配線バランスを考慮して車体中央に配置していた（2次車の項を参照。）が、後年のB修工事時に2次車以降と同一形態に改造された。
車体識別帯は80 mm幅のステンレス鋼板にアクリル焼付け塗装した帯を配置していたが、1967年（昭和42年）4月より2次車と同様の115 mm幅のアルミ形材帯に交換した。これは次に述べる竹ノ塚検車区（当時・現在は千住検車区竹ノ塚分室）における2回目の定期検査時（全般検査）に施工をした。当初は国鉄線乗り入れ機器は搭載していなかったが、1966年（昭和41年）1月から、飯田橋検車区内でATS-Bと信号炎管の取り付け改造を施工し、同時に先頭車運転席窓上部に営団団章Sマークを貼り付けた。
車両搬入と飯田橋検車区 開業当初の東西線は地上部がなく他路線との接続もないため、九段下 - 竹橋間（次期開業予定区間）に位置する清水濠内の潜函トンネル天井に開口部を設置し、トラッククレーン2台を用いて約11 m下の地下に搬入させた帝都高速度交通営団『東京地下鉄道東西線建設史』pp.768 - 770・788。鉄道図書刊行会『鉄道ピクトリアル』2008年1月号連載「私の鉄道人生75年史13 新造車両輸送の仕事（その2） - アルミ製車両の設計とともに - 」pp.140 - 141。。道路からトンネル開口部までクレーン車、車両の荷重に耐えられる頑丈な仮設の土台が設置された。1964年（昭和39年）10月下旬から12月まで1か月半をかけて搬入させた。
この区間の開業時は地上に車両基地が確保出来ないため、地下に飯田橋検車区を設置し、この場所で1か月検査・毎日検査（当時の名称。現在は月検査・列車検査と呼称する。）・車両清掃などを実施した。また、同所では車輪転削や車輪交換ができないため、車輪踏面を保護するために最高速度を40 km/hに抑えて運転をしていた。
2次車（1966年製） ステンレス車5007 - 5018号・5207 - 5254号・5601 - 5636号・5807 - 5818号 アルミ車5150号・5450 - 5452号・5750・5751号・5950号
中野 - 高田馬場間および九段下 - 竹橋間開業用として1966年（昭和41年）1月から3月にかけて1次車の7両編成化用中間車6本分（中間車4両を6本分）と7両編成8本が製造された。さらに同年7月から8月には、約半年後に開業する竹橋 - 大手町開業分として7両編成5本が製造された。2次車の合計数は115両で、東西線全体では7両編成19本の陣容となった。
車体識別帯を1次車の80 mm幅から115 mm幅のアルミニウム形材帯に変更したが、前述した通り、後に全車両の前面識別帯を530 mm幅に拡大した。この2次車から国鉄線への乗り入れを行うことからATS-B形と信号炎管を搭載した。また、以降の先頭車には前面密着連結器の下に電気連結器を設置した。
前面方向幕位置を1次車よりも若干低い位置に変更した他、前面運行番号表示器の横幅を拡大した。さらに先頭車運転席窓上部に営団団章Sマークを設置した。1次車では3000系同様に主制御器を車体中央に配置し、それを挟んだ左右に主抵抗器を配置していた。しかし、奥まった主制御器の保守に苦労を要するため、以降は片側に主抵抗器をまとめて配置し、反対側に主制御器を配置する方式に変更した。
このうち5016号車は試験車としてS形ミンデン式台車FS364形を使用し、補助電源装置には電動発電機に代わって静止形インバータを採用したが（日立評論1966年10月号。同時期に三菱電機からも営団地下鉄向けに静止形インバータ（12 kVA）が納入されている（三菱電機技報1967年1月号 pp.124 - 125）。これを本形式に搭載したのか、日立製と両方を試用したのかは不明。、前者は後年の台車枠更新時にFS502形台車に交換、後者は標準の12 kVA電動発電機に交換されている。
車両搬入と定期検査の施工 2次車の車両搬入は当初国鉄線内を自力回送する予定であったが、様々な事情から一般的な甲種鉄道車両輸送となった。7両編成13本は国鉄三鷹電車区（現・JR東日本三鷹車両センター）に搬入し、三鷹電車区の敷地を借用した飯田橋検車区三鷹出張所で受取検査・整備等を実施した。その後は中央快速線三鷹 - 日野間で試運転を行ったほか、一部車両は武蔵小金井電車区豊田派出（現・JR東日本豊田車両センター）に留置した。一方で1次車に増結するための16両（中間車4両×4編成分）は、後述する重要部検査に合わせて増結を行うため千住工場へと搬入された。
この時期には1次車が法定検査周期を迎えており、重要部検査を日比谷線千住工場で施工するため、同工場まで国鉄線経由で自力回送された。この検査に合わせて1次車6編成のうち、4編成は同車庫で7両編成化された。出場試運転・新車の性能確認試運転は日比谷線終電後に南千住 - 上野間で実施した。ただし、当時中野 - 高田馬場間は未開業のため、この区間に国鉄中野駅 - 東西線中野駅間を繋ぐ仮渡り線が設置された。
注 : 当時の法定検査周期は重要部検査は1年6か月または走行距離25万 km以内、全般検査は3年以内である。なお、国鉄線経由の回送ルートは三鷹電車区から中央線経由で新宿へ、そこから山手線（内回り）を経由して上野へ行き、さらに常磐線に入って北千住からは東武伊勢崎線に入り、日比谷線南千住駅へ回送するという複雑なルートとなった。
なお、東西線深川工場の発足は1968年（昭和43年）4月であり、それまでの東西線車両の定期検査については1967年（昭和42年）4月から1968年（昭和43年）3月まで同様の回送ルートで、竹ノ塚検車区（当時）で定期検査業務を実施した。
アルミ車について 1966年（昭和41年）製の7両編成1本と1967年（昭和42年）製の7両編成2本（14両）の計21両は、構体材料をアルミ合金とした試作製造車両である帝都高速度交通営団『東京地下鉄道東西線建設史』p.761 - 763。。営団内部では1965年（昭和40年）に研究・検討を始めており、アルミ合金製の構体構造・使用形材は同時期に製造された国鉄301系と同一である。車体の材質以外は車体寸法、客室内装、走行機器等ステンレス車と同じとされた帝都高速度交通営団『東京地下鉄道千代田線建設史』p.900。。構体重量はステンレス車の9,500 kgに対し、アルミ車はそれより3,550 kg軽い5,950 kgである。
外板表面はステンレスワイヤーブラシによるヘアライン仕上げで、2次車の7両（5950編成）は、さらにクリアラッカーを吹き付け塗装していたが、腐食が発生しやすいため、後にクリアラッカーは剥離された。この次の3次車の14両（5951・5952編成）は、化成皮膜処理を施工して、無塗装化を図っている。日本車輌製造製の車両（4次車まで）は、基本的に本店（名古屋製作所）で製作されたが、5951編成は東京支店（蕨製作所、埼玉県川口市。当時の住所は北足立郡芝村。1971年4月生産終了） で製造された日本車輌製造「驀進 日本車輌80年のあゆみ」pp.338 - 339。。
アルミ車の3編成は営業運転時における、車体の腐食状況や軽量化による消費電力量の削減効果の確認など、以後のアルミ車両の製作・発展に大きな役割を果たした。
脱線転覆事故 2次車のうち5818号車と5252号車は1978年（昭和53年）2月の突風による脱線転覆事故で廃車となり、代替車が新製されている（後述）。
3次車（1967年製） ステンレス車5019 - 5025号・5255 - 5275号・5637 - 5650号・5819 - 5825号 アルミ車5151・5152号・5453 - 5458号・5752 - 5755号・5951・5952号
大手町 - 東陽町間開業用の車両で、1967年（昭和42年）7月・8月に7両編成9本が増備された。
3次車の車両搬入は深川検車区（深川車両基地）が完成したため、隣接する国鉄総武本線越中島支線の越中島駅（現：越中島貨物駅）から深川検車区までレールを接続して連絡線としpp.582 - 583の「図12 深川車庫構内建物配置図」およびpp.776 - 777の「図14 深川車庫平面図」の上部に、越中島貨物駅との連絡線が書かれている。、次に述べる4次車と千代田線用に採用を予定して東西線で走行試験を実施する6000系1・2次試作車の搬入に使用された。その後、この連絡線は撤去された。
車内の座席端仕切パイプと天井からのつり手棒受けは一体形のデザイン構成とした。車内では外気導入形の軸流送風機（ファンデリア）をやめ、将来の冷房化も視野に入れた扇風機方式を採用した帝都高速度交通営団『東京地下鉄道東西線建設史』pp.758 - 759。。また、屋根構造も冷房装置の搭載に対応出来るように強化されているほか、屋根上通風器の形状が八角形状のものから箱型のものへ変更された汽車製造『KSK技報』1967年10月新製品紹介「帝都高速度交通営団納入東西線用（第3次）5000系ステンレスカー」pp.758 - 759。。ステンレス車は客窓の枠が2次車までの角にRのついた形状から角形のタイプに変更されている。
営団地下鉄はトンネル冷房を行っていたため、車両の冷房化は行わない方針であった鉄道図書刊行会「鉄道ピクトリアル」2008年3月号連載 私の鉄道人生75年史16「続 6000系試作車の回想 - 計画・設計・製作・試運転 - 」pp.114 - 117。。ただし、将来の乗り入れ先での冷房化を考慮して、日比谷線と東西線の新車では秘密裏に車両冷房の準備工事を進めていた。ただし、このことは社外秘とされていた。
車内のつり手は「リコ式」と呼ばれるばねによる跳ね上げ式から丸い輪をストラップで吊る通常のつり輪に変更した他、アルミ車のみ荷棚をパイプ式から金網式に変更した。なお、リコ式つり手を使用していた車両も後年に通常のつり輪に交換されている。使用する窓ガラスは、全て強化ガラスに変更した。この他、ステンレス車の前部構体下部に、事故時の運転士保護鋼板を追加、乗務員室内の配色はクリーム色からライトグリーン色に変更した。
汽車製造製7両編成2本のうち、1編成には試験用のATO装置の取り付け準備工事を実施した。
4次車（1968年 - 1969年製） 5026 - 5038号・5276 - 5314号・5651 - 5676号・5826 - 5838号
東陽町 - 西船橋間全線開業用の車両として1968年（昭和43年）11月から翌1969年（昭和44年）2月にかけて7両編成13本が増備された。この時点における東西線車両数は7両編成41本（ステンレス車38本、アルミ車3本）となった他、同線用の編成単位の増備は終了した。
なお、4次車では別途する千代田線初期開業用の50両も含まれる。
快速運転開始に備え自動進路設定装置 (ARC)快速列車の待避駅となる葛西駅と原木中山駅の進路を制御する装置。列車種別を「普通」・「快速」を設定すると列車の車上情報を検知し、駅の連動装置を自動制御する。（列車選別装置）と車掌台側前面窓内側に快速種別表示器を設置した。これらの装備は1 - 3次車にも設置改造工事が実施された。
車内では仕切パイプ・つり手棒受け一体デザインをやめ、1次車と同様の形態に戻された。つり革は丸型から後の標準となる三角形のものを使用したほか、以降は全車両の荷棚を金網式に変更した。
暫定8・9両編成 1969年（昭和44年）8月25日から朝ラッシュ時の混雑緩和のため、一時的に7両編成10本を8両編成2本 (6M2T) ・9両編成6本 (8M1T) 化した変則編成が造られた。これは全体の車両数を増加せずに車両編成を増車するための施策であった。
ただし、工場入場時には正規の7両編成に戻すことが決められていたため、編成が変更される場合があった。
5次車（1977年製） 5101 - 5115号・5335 - 5349号・5901 - 5921号
東西線開業後は沿線開発によって西船橋方面から都心方面への乗客が激増した。このため、1977年（昭和52年）10月実施の輸送力増強時に一部列車を10両編成化させるための中間車を51両増備した。この結果、暫定的な8・9両編成は解かれ、車両編成は7両編成と10両編成になった。