E3系早在1995年便诞生了，两年后的1997年秋田新干线开始正式使用新型的E3系动车组。在运行测试中确定了E3系的安全运营速度为275km/h。从1999年起到山形新干线延伸至新庄站，E3系1000系番台开始在山形新干线上运行，2008年至2009年制造的E3系2000番台用来取代原来在山形新干线上运行的400系动车组，
E3系分别由制造川崎重工和东急车辆制造所制造，2002年以后的小町号列车（こまち）由川崎重工业制造，而翼号（つばさ）则由东急车辆制造。GK工业设计负责车辆标志设计
E3系
结构概况正面看E3系显得很瘦
虽然被称为新干线列车，但却是按照在来线的标准设计的，车身长度为20000mm，车身宽度仅为2950mm，车身较窄，符合在来线的标准。E3系所采用的铝合金车身比400系轻2 吨。由于E3系的车体宽度是按照在来线站台设计的，所以E3系在停靠新干线站台时有很大一条空隙，为了解决这个问题设计人员在门的下方增加了一个用于延长的踏板，这个踏板只有在停靠新干线站台时才会打开。编组尾部的连接装置可以与200系，E2系，E4系，E5系连接。除此之外E3系在车体旁增加了LED信息显示板。
设备踏板
电源支持AC 50 Hz ·25,000 V（新干线段）和AC 50 Hz·20,000 V（在来线段）。运行/制动方式是由可变电压变频控制（VVVF控制），E3系使用的元件是GTO晶闸管和IGBT。每两辆电动车安装一个主变压器，主电动机由各电动车的主变换装置驱动。每个主转换器控制四个电动机。主电机采用E2系列的笼式三相异步电动机 MT207，输出功率为300kW。转向架为DT 207，TR 7005（伴随卡车），和400系有部分相似。车轮直径860 毫米，轴距 2250毫米，轴箱支撑系统为苏敏丁型。传动比3.04。在制动系统上采用了负荷平衡器、滞后载荷控制器、调节制动器以及组合电指令型空气制动器。
MT207转向架
驾驶安全装置为标准的（ATC-2 · DS-ATC），以及在来线特有的自动列车停止装置（ATS-P）。每列标准编组都有两个单臂受电弓（PS206），在新干线部分使用两个受电弓，但是在在来线段只使用一个。11号车·E 311型为绿色车，其他车厢为普通车。与400系列不同的是，绿色车的座椅布局由2排+1排改为2排+2排。普通车厢的座位布置与绿色车厢一样是2行+2列，但是座位间距不同。
普通车厢
编组方式0番台编组
东京/秋田方向← →大曲方向
11车绿色车厢指定位置X禁烟12车普通指定位置X禁烟13车普通指定位置X禁烟14车普通指定位置X禁烟15车普通指定位置X禁烟16车普通指定位置X禁烟1000、2000番台编组
东京← →山形、新庄
11车绿色车厢指定位置X禁烟12车普通指定位置X禁烟13车普通指定位置X禁烟14车普通指定位置X禁烟15车普通指定位置X禁烟16车普通自由位置X禁烟17车普通自由位置X禁烟番台区分0番台E3系R1编组 2003年摄于大宫站
E3系0番台是秋田新干线小町号专用的E3系列车，最初使用5辆编组（4M1T）。 1998年（平成10年）起，随着附随车E328型车辆登场，延长至6辆编组。 E3系列车于在来线区间的最高速度为130km/h，在新干线区间的极速则可达275km/h。JR东日本拥有26列E3系0番台列车（共156辆，含先前向秋田新干线车辆保有株式会社租借的列车），全部由秋田车辆中心管理。当初预定E3系列车只会以小町号和那须野号（なすの）的名义行驶，故E3系车身上原本有こまち和JR Akita Shinkansen的字样。但实际上E3系列车除了行走秋田新干线外，有时候会跟E2系、E5系列车并结，成为往来盛冈的疾风号（はやて）、山彦号（やまびこ）和那须野号列车。后来当E3系被安排在更多的东北新干线山彦号和那须野号班次上服务时，JR东日本将部分列车车体的秋田新干线的标识消除。R1编组
E3系R1编组 2013年大宫站摄
1995年制造的首列量产先行试制车辆，头尾两端的形状较小，与400系相似；初期使用的集电弓是下部交叉菱形式，现时改为单臂式的集电弓；前照灯位于驾驶室上方，现时仍然在使用中；男尿厕洗手间的面积较小；当打开容纳列车自动并结装置的前头部盖子的话，看起来像「樱桃小口」；装置了DS-ATC；由秋田新干线保有株式会社所拥有。R2～R16编组
1997年通车时的量产车辆，出厂初期每列由5节车厢组成。量产车与原型车的差异，在前照灯的配置上由驾驶室上方改至下方，前照灯的形状与及先头部形状也被改动。 1998年开始增加为6辆编组。装置了DS-ATC。
R17编组
R17编组中的绿色车厢
1998年的增备车辆。自本编组后以基本6辆编组登场。驾驶室前面雨刷为2支。装置了DS-ATC。R18～26编组
普通车厢
2002年─2005年制造的增备车辆。车身外幌的材料由氨酯改为合成橡胶，并更换成拥有可移动座面的座位。牵引逆变器由GTO转为IGBT。装置了DS-ATC，驾驶室前面雨刷同样为2支。1000番台E3系1000番台2003年大宫站摄
E3系1000番台列车是1999年山形新干线自山形站延伸至新庄站的部分开业时的增购车辆。列车编组跟400系一样，为7辆编组（5M2T）。其中L53编组是在2005年才投入服务。1000番台列车的车身被涂上400系的车身颜色，同时被标上翼号（つばさ）的标志，以统一山形新干线的形象。现时JR东日本拥有3列E3系1000番台列车（L51-53编组，共21辆），均由山形车辆中心管理。12-14号车内饰
L51、52编组该两列车编组于1999年山形新干线新庄段开业时制造。电气装置及雨刷都按照R17编组的标准配置，但内装等其他部分则不相同。
L53编组
新踏板
2005年制造的増备车辆。 VVVF逆变器控制装置的单元改为IGBT，车门的门铃设置也引用在该编组上。2000番台E3系2000番台L64编组
2007年7月，JR东日本宣布自2008年12月起增备E3系以取代逐渐老旧的400系列车。新列车称为2000番台，共制造12列7辆编组列车（编组编号：L61－72），合计84辆。现时列车均由山形车辆中心管理。在2008年12月20日时开始实施正式的营业运行，首班列车系由L61编组担任翼112号自山形出发前往东京，随后该编组担任翼119号自东京折返出发前往新庄。E3系2000番台车门指示灯
与1000番台的不同点：最高速度到275km/h,前照灯的形状变更，第11、17号车厢配备全自动悬挂系统，第12—16号车厢配备半自动悬挂系统。顶部配备监控摄影设备。车内配备除菌离子的空气清净机和大型全色LED车内资讯表示器。绿色车厢的全部座位和普通车厢的车窗边、最前部、最后部座位设置了电源插座，而在座位前方设置的桌子尺寸则扩大为A4的尺寸，让笔记型电脑能放置的区域扩大。这些内部的变更变得与N700系的内装相近。自由席（第16、17号车厢）的座席间距扩大（910mm →980mm），这个变更使全体的定员数减少8名。自动体外心脏去颤器（AED）的设置变更为第13号车厢。 （0番台和1000番台设置在第12号车厢）与1000番台同样，车门在开关时会响起门铃；不过，2000番台在车门的扶手部分设置了车门开关时的黄色LED指示灯，在车门开关时会闪烁(如照片)。车身标语“四季感动的山形”（四季感动のやまがた）取消，挡风玻璃改变形状，在每个座位安装阅读灯。
未来山形新干线的新E3
在秋田新干线的小町号中，为了对应了东北新干线内的高速营运行驶，JR东日本计画将从2013年3月开始投入E6系，并于2014年3月提高在东北新干线的最高营运速度到320km/h的同时，全部取代秋田新干线小町号所使用的E3系0番台。而部份被取代的E3系0番台列车，经改装后会转移到山形新干线使用，其余将会拆卸。 2014年3月14日的小町28号的秋田－东京班车为秋田新干线E3系列车最后班次。这批E3系列后期生产的车部分改造后进入山形新干线。前期生产车则报废。 3月15日以后，秋田新干线全部为E6系电车担当运行，超级小町号取消。另外，服务于山形新干线的E3系列车（包括0/1000/2000番台）预定于2014年春天起更改车身涂装，新涂装设计由奥山清行负责。全数15列编成预定于2016年完成更改车身涂装工程。周边在电车驾驶游戏电车GO2!中，制作人员为了赞扬小町号的准时便为其制作了一首歌曲，歌名叫做LOVE特急こまち（LOVE特急小町号）
