キハ20形式の第一次車を寒冷地向けにした形式で、床下器具に耐寒設備が施され二重窓になっている他はキハ20と変わりない。84両製造され一部青森付近で使用されたが殆どは北海道に配置された。
キハ21は扉が中央寄りにあり、室内の密閉が不完全で車内保温が困難であった。この点を改良したのがキハ22で扉が車端に移され、室内を完全に仕切るようにした。

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