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日本の鉄道は1872年に開業したが、このとき投入された車両は1号機関車などすべて、外国製の車両であった。そもそも、明治政府が発足して間もない時期であり、技術のノウハウなどまったくない時期であったため、当然の判断と言えた。
その後、官営鉄道（国鉄）ではイギリス様式の鉄道が建設されたため、車両も同国からの輸入が多かったが、北海道の官営幌内鉄道では7100形（弁慶、静などの愛称がついた）などアメリカ様式による施設・車両が導入され、九州鉄道ではドイツ様式を採用した。

国産化の模索

鉄道技術の国産化は明治政府にとって急務であった。政府直営はもちろんの事、民間車両工業の勃興を画策して大阪に汽車製造株式会社、名古屋に日本車両製造株式会社を設立させ積極的な展開を図った。海外より輸入される機関車のコピー生産を民間各社に発注し技術力を磨かせるとともに、技官を海外へ留学させ自主設計の学術的、技術的な地盤を固めてゆく。コピーそのものは明治半ばには可能であったが、基礎技術について自信を深めるには明治の末まで待たねばならなかった。また車軸など特殊な鋼製部品の国産化は第一次世界大戦による輸入品途絶を待たねばならなかった。大正時代に入り、ようやく本邦オリジナルの設計の幹線用蒸気機関車が登場し始める。その傑作が貨物用の9600形（愛称キューロク）であり、旅客用の8620形（愛称ハチロク）であった。特に9600形は引退してゆく後輩を尻目に日本の蒸気機関車の終焉を見届ける長命を誇る事になる。

国産化の進展

大正初期、最初の本格的な量産型国産機である9600形・8620形が成功したことで、以後国内向けの蒸気機関車は国産でまかなわれることになった。
第一次世界大戦後の好況による輸送量増大に伴い、鉄道省は蒸気機関車のさらなる性能向上と標準化を推進した。その結果、画期的な大型機関車のC51形・D50形が大量生産され、以後第二次世界大戦後の1948年（昭和23年）までに、各種用途に対応する蒸気機関車が続々と登場することになった。
これらの蒸気機関車は、実用上十分な信頼性・耐久性を備えており、戦前・戦後の鉄道全盛期を通じて縦横に活躍した。1976年の全廃まで長きに渡る大任を果たした功績は計り知れない。
国産の国鉄蒸気機関車も参照。

技術格差と開発の停滞

とはいえ日本の蒸気機関車技術の発展は、狭軌鉄道のハンディキャップを差し引いても、同時期の欧米の水準からは、一貫して著しく遅れた状態であった。
これは当時、日本の基礎工業力が低かったことを考慮すると決して不思議なことではない。だがそれに加えて鉄道省は根本的な技術面での冒険を過度に恐れ、ドイツ系の技術、それも大径動輪をゆっくり駆動する、プロイセン流のやや旧式化した手法に専ら固執し続けた。
そのため、諸外国での技術革新の導入は、蒸気機関車の分野においては「国産化」が達成されたとする大正期以降、ほとんど行われなくなっていた。結果としてそれは、この分野に著しい技術的停滞を招くことになった。
日本の幹線用蒸気機関車における実用上の最高運転速度が、大正期から戦後まで100km/h未満のままだった事実は、それを象徴していると言えよう。
C62形は1954年に東海道本線木曽川橋梁上で129km/hという「狭軌鉄道における蒸気機関車の速度記録」を樹立したが、この記録はピン結合トラスと呼ばれる古いタイプのトラス橋が来るべき電車時代に高速運転に耐え得るか否かを調査する目的で行われた、一連の速度試験の過程より得られたもので、さまざまな制約からC62形単機での試験が実施されるという、特殊な状況下で成立したものであった。
同時期の国鉄では、電車や電気機関車でも120km/h超過の速度試験が行われていたが、こちらは営業運転とほぼ同等の条件で実施され、また欧米系の最新電気鉄道技術を採用した阪和や新京阪といった関西私鉄では、戦前の段階で既に120km/h超の高速運転が営業列車で恒常的に（それも鉄道省が国鉄の最高運転速度以上の速度を認可しない事を見越して、届けを出さないままに）実施されていた事が知られており、日本の鉄道技術、ことに蒸気機関車設計技術の立ち遅れは明白であった。
鉄道車両の高速運転の実現に必要な理論解析、特に「高速になると、人間が長時間乗れるものではなくなっていた」と専門家に評された、機関車の深刻な振動問題への考察の欠如は恐るべきレベルに達しており、この問題は第二次世界大戦後、鉄道総合技術研究所へ旧海軍空技廠において航空機のフラッター対策を研究していたスタッフが加入するまで、ほとんど等閑に付され続けた。
結局、日本の蒸気機関車技術は、その開発の終末期（1950年代）に至るまで、ついに国際水準に到達することはなかった。本土の鉄道省は元より、日本の技術で運営される標準軌鉄道であった朝鮮鉄道局、および南満州鉄道ほか中国大陸の鉄道も、機関車技術で欧米を凌駕するものではなかった（高性能な流線型機関車として知られる南満州鉄道の「パシナ」型でさえ、その例外ではない。確かに鉄道省の機関車に比べれば、水準は高かったのであるが）。
わずかに検修技術のみが高水準にあり、その他の技術的不備――機関車自体の基本構造が、その最たるものなのだが――の多くが、機関士や検修員ら、勤勉な現場職員の「職人芸」的な技量によって補われていた、という厳しい実情は、認識しておく必要があるだろう。