JR東日本の夜行寝台列車「北斗星」「カシオペア」牽引機の更新のために、2009年から15両製作された。0番台を基本にATS-P・ATS-Psとデジタル無線およびブレーキ設定器に尾久 - 上野間での客車推進運転用のスイッチを設置し、東北本線黒磯駅の交直セクションを通過するための自動列車選別装置も装備していた。0番台20号機までと比べて信号炎管が運転台助士側直上に移設、後部標識灯のLED化がなされており、500番台落成後に発注された21号機以降もこの変更に倣っている[13]。501 - 508・511 - 515号機は24系客車に準じた青い車体に流星をあしらい金色の帯を巻いた「北斗星」色、2010年（平成22年）に製作された509[14]・510号機[15]は、E26系客車に準じたシルバーメタリックの車体に流星と五本帯を入れた「カシオペア」色で落成した。