運行車両は、2014年春から蓄電池駆動型電車「EV-E301系」１編成が先行導入されました。その後、2017年春に３編成を増備しキハ40の廃止に至ります。車両の愛称は「アキュム(ACCUMulator)」です。
EV-E301系の床下には、リチウム・イオンバッテリー（１両あたり５基・計95kw/h）を搭載し、烏山線の非電化区間を蓄電池パワーにより走行します。
バッテリーの充電は、烏山駅（急速充電設備あり）と東北本線の電化区間を集電走行中に行います。そのため給電用のパンタグラフを装備しています。なおEV-E301系とは、パンタあり車両EV-E301とパンタなし車両EV-E300を連結したものです。