昭和37年、先行して鴨宮付近をモデル線として完成させた。実際に時速２００km走行をやってみないことには分からないことがあるからである。以前も、模型を作ったり、台車の車輪を高速で回転させたり、風洞で試験を行ってはいたが、それらの結果を踏まえ、６両の試作車が作られた。
６両の試作車は1000形となり、1001・1002の２両編成でＡ編成、1003〜1006の４両編成でＢ編成とした。Ａ編成とＢ編成とでは塗装が異なり、各車両それぞれ異なったものとして比較試験を行うこととなった。製造は1001が汽車会社、1002が日本車輌、1003と1004が日立製作所、1005が川崎車輌、1006が近畿車輛である。
1004は側面の骨組みをＸ字状にしたため、窓が亀甲形となっている。また外板が他車の1.6mmに比べ1.2mmと薄い。
正面窓は1001〜1003が曲面３枚窓＋隅窓だが、1006が平面２枚窓＋隅窓となった。扉は、閉まっている際平滑になるようプラグドアとし、開く際は外側に開くようになった。前灯は０系に比べて小さく、１穴につき１灯しかない（０系は１穴につき２灯）。正面の光前頭には蛍光灯が埋め込まれ、光って見えるようになっている。尚、1000形の光前頭には手掛けがあるが、量産車のそれとは形状が異なる。またネジ穴は見えない。流線型の脇には列車番号を示す四角い窓が付けられた。
台車は各車で異なり、1003号車は日立アルストム式のDT9006、1004号車はDT9006で当初は住友アルストム式、後にＩＳ式、1005号車は軸箱バリ式（片ミンデン）のDT9005、1006号車はシュリーレン式のDT9003。
室内の座席も様々に製作された。急行形と同じもの、特急形と同じもの、独自のものなどが検討された。
昭和37年６月26日に試運転開始、７月15日・16日に60.65km地点〜71.8km地点（鴨宮基地）間の下り線でＡ編成を用いた性能試験が行われた。時速１１０km走行だった。昭和37年８月にはＡ編成が架線試験車に改造、1001号車に観測用のパンタグラフを、1002号に屋根上のドームが付けられた。
以後はＢ編成で高速試験が行われた。９月８・13・14日は鴨宮〜第一生沢トンネル間で時速１６０km運転、そして10月10日は相模川〜鴨宮間の計41.6kmの下り線が開通した。開通時には、Ａ編成もしくはＢ編成と軌道試験車が併結してのチェックが行われた。
10月18日は時速１８０km、10月31日に遂に時速２００km運転を開始した。12月22日にはＡ編成とＢ編成を同一線路上で接近させてのＡＴＣ試験が行われた。
翌年３月11日にはＡ編成とＢ編成のすれ違い試験が行われた。また、Ｂ編成の速度向上は続けられ、３月19日には時速２４３km、そして３月30日には時速２５６kmを記録した。時速２５６kmを記念して、Ｂ編成の列車番号表示窓下に記念のプレートが付けられた。このプレート、当初は全て赤になる予定が、どういうことか両先頭車の海側は青になった。山側は赤のままなので、模型製作等では注意を要する。
昭和38年３月22・23日には自動運転装置の試験、18日は停点停止装置の試験が行われた。７月30日にはＡ編成とＢ編成を併結した６両編成試験が行われた。
これら様々な試験の結果、量産車（０系）では、外観上はＢ編成の塗装、1006号車の正面窓ガラスが採用された他、多くの個所が変更されて登場となった。
昭和39年２月15・19・24日に量産車のうち先行製造された６両がモデル線に投入され、走行試験を行った。この先行製造の６両は日本車輌製の21-1,26-1,35-2.16-1,25-2,22-1であり、俗称としてＣ編成または1011〜1016として呼ばれたこともあった。３月に走行試験を開始した。
なお、当初は1000と４桁の数字のみで記していたが、他に2000形（ディーゼル機関車、後の９１２形）、3000形（ホッパー車、後の９３１形）、4000形（軌道試験車、後の９２１形）、5000形（軌框（ききょう）敷設車、後の９３２形）があった。
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