1・3・11・13は1986(昭和61)年に先頭車化改造されて、クハ780-101~104となった。1991(平成3)年から出入台を前位側に増設して、定員は48名になった。2・4~10・12・14の10両が改造され、5・14は2003(平成15)年にドラえもん海底列車用に改造された。パンタグラフは2004(平成16)年からシングルアーム式のN-PS785に変更された。岩見沢駅にて2・4位側を示す。各地で短編成化による輸送改善が行われたが、北海道地区においても同様で、1986(昭和61)年3月・11月ダイヤ改正において781系の編成短縮(6両→4両)を行うことになった。そこで、モハ781形4両とサハ780形4両を先頭車化改造が苗穂工場にて施工された。1・3・11・13を先頭車化改造して札幌方の制御電動車としたもので、種車の後位寄りに運転台を取り付け、出入台と雪切室は運転室後部に移設された。その他は種車の機器をそのまま引き継いでおり、主制御器、MG・CPを搭載する。屋根上には発電ブレーキ用の抵抗器を設けている。冷房装置は屋根上にAU78を1基搭載。