205系3100番台は2002～04年に4連×19本 投入され仙石線の103系を置き換えました。
先頭車はすべて中間車から改造され2M2Tとなっています。
耐寒仕様となり耐雪ブレーキを装備、半自動ドアの側扉にはレールヒーターが取りつけられています。
またモハ205形（3112・3114・3116・3118・3119）には霜取り用のシングルアームパンタ（PS33C）が増設されました。
（当初の菱形パンタ (PS21)も後にシングルアームに交換）
鶴見線用1100番台とは違い中間車も3100番台に改番されています。
M2～5編成とM8編成のクハ205-3102 – 3105・3108にはクロスシート↔ロングシートに転換可能な「2WAYシート」を装備しています。
（仙石東北ラインの開業により仙石線の快速が廃止、2015年以降はロングシートに固定）
205系3100番台 M05編成 ２WAYシート車
JR東日本 仙石線用 205系3100番台 M05編成 仙台車両センター宮城野派出所
←石巻① 仙台④→
クハ205_3105-モハ205_3105-モハ204_3105-クハ204_3105 Tc’M’MTc
撮影2007.12 苦竹
M05編成① クハ204形3100番台 クハ２０４－３１０５
もとサハ205-40
M05編成② モハ204形3100番台 モハ２０４－３１０５
もとモハ204-74
M05編成③ モハ205形3100番台 モハ２０５－３１０５
もとモハ205-74
M05編成④ クハ205形3100番台 クハ２０５－３１０５
もとサハ205-39 撮影2007.12：苦竹
205系3100番台 M07編成
JR東日本 仙石線用 205系3100番台 M07編成 仙台車両センター宮城野派出所
←石巻① 仙台④→
クハ205_3107-モハ205_3107-モハ204_3107-クハ204_3107 Tc’M’MTc
撮影2007.12 苦竹
M07編成① クハ204形3100番台 クハ２０４－３１０７
もとサハ205-44
M07編成② モハ204形3100番台 モハ２０４－３１０７
もとモハ204-71
M07編成③ モハ205形3100番台 モハ２０５－３１０７
もとモハ205-71
M07編成④ クハ205形3100番台 クハ２０５－３１０７
