上越線に配属された1次形EF15の16〜19、24〜33号機のうち、29、30号機を除き、上越線水上―石打間の20‰勾配に対応するため、奥羽線で成果を上げていたEF16同様回生ブレーキを装備する事になりました。改造は昭和31年2月〜33年3月にかけて大宮工場にて行われ、これらは奥羽線のEF16とは回生ブレーキの性能や装備が違うため、続き番号ではなく20番からとなっています。その後、福米形は12号機以降増備は行われず、結果として13〜19は欠番となりました。

上越用EF16は福米用とは異なり、屋根上の水タンク、前灯上、前扉上のつらら切り、及び通風口の取付は行われず、晩年までEF15一次形の特徴を良く残していました。（24，31号機はEF15時代に試験的に水タンクを取り付けたようですが、EF16改造後しばらくして取り外されています。）

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