是在日本動畫作品《新幹線戰士》系列中出現的巨大機械人。
超進化研究所的新幹線戰士
原型機種
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:超進化研究所成立初期以達成超進化速度為目標、以新幹線E2系為原型製造的試驗列車，其駕駛艙亦作為早期培訓新幹線戰士駕駛員的場地。尚未具備變形機能。8年前「第一次超進化速度到達實驗」中由新幹線戰士開發負責人八代伊三郎親自駕駛，卻由於不明原因於測試隧道中自爆，整列車連同其駕駛失去蹤影，僅餘下後尾車保存於大宮支部的地下機庫內。新幹線模式為新幹線E2系0番台。初次登場於第28話出水司令的回憶畫面中。
初代新幹線戰士
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:全長：26.5公尺
:重量：100公噸
:駕駛員：速杉隼人（-第63話）→ 玄武（劇場版）
:大宮支部所有，全能型的新幹線戰士。使用武器為「閘口斬擊劍」，必殺技為「光速能量炮」，腳部配備推進器，使其能夠高速移動。第9話連結合體時由於合適率上升而新增一對用於強化閘口斬擊劍之刀刃狀飛翼構造，後自第11話起將之常置配備於一般型態肩後。新幹線模式為新幹線E5系。初次登場於第1話。
:因其構造特殊而被設定為必須由合適率最高者搭配貝克之功能輔助方能駕駛，第61話時此限制因任務已結束而隨著貝克的初始化一同解除，因此之後得以由較低合適率者駕駛。
:第64話被遺留至地底世界的建築物中，隨著該建築物的崩塌而下落不明。第76話後被超進化研究所從地底回收並自此僅於模擬戰鬥中使用，劇場版中為應對瓦爾哈蘭族的侵略而交由玄武駕駛。
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:全長：27.5公尺
:重量：125公噸
:駕駛員：速杉隼人（第64話起至今）
:大宮支部所有，E5隼號的後繼機，三節車廂變形的新幹線戰士。由倉敷重工設計，再由伊邪建造完成，屬於二機可能夠進行超越交叉合體的新幹線戰士的其中之一，是針對合適率100％以上的駕駛員所開發的機體。使用武器為「閘口斬擊劍;}-」，腳部配備履帶。新幹線模式為新幹線E7系。初次登場於第1話，正式登場於第5話。
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:全長：25.0公尺
:重量：95公噸
:駕駛員：月山忍
:山形支部所有，機動型的新幹線戰士。使用武器為遠近兩用的紅色「欄杆手裡劍」，可變化為近距離攻擊的和遠距攻擊的，並可從手持式底座發射煙霧以及鉤爪。另可使用高速移動產生分身的分身術以及創造旋風將敵人捲入的等忍術。新幹線模式為新幹線E3系1000番台。在原着中稱為「新幹線戰士 E3翼號火焰飛翼（，暫譯）」，且與鋼鐵飛翼為兄弟機的關係。初次登場於第10話。
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:全長：26.5公尺
:重量：100公噸
:駕駛員：清洲龍司（-第27話）→ 清洲辰巳（第54話起）
:名古屋支部所有，適合近距離攻擊。必殺技為「飛天雙重刺」、交棒予辰巳後則改為「枕木雙截棍」。
:新幹線模式為新幹線N700系1000番台（N700A）。初次登場於第12話。
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::全長：27.5公尺
::重量：140公噸
::新幹線戰士 N700A的強化型態，由N700A主機體加上額外一節中間車廂組成的強化機體，配備「進階手臂」（由車廂集電弓附近部分組成，置於右手）、「車止盾牌」（由車殼組成，置於左手）和「背包推進器」（，暫譯，由底盤組成，置於背部），必殺技為「飛龍噴射拳」。
::該模式為清洲龍司駕駛時專用型態，辰巳駕駛時則沒有使用該模式。
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:全長：26.5公尺
:重量：100公噸
:駕駛員：發音未來
:北海道支部所有。使用武器與E5同樣為「閘口斬擊劍。二機間並無直接關連。初次登場於第72話片尾，正式登場於第73話。
:劇場版中於北海道對決雪之哥吉拉時被光之粒子擊中以致其駕駛員北斗被傳送至不同時空下落不明而遺留在北海道，之後改由清洲龍司駕駛。
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:全長：27.0公尺
:重量：120公噸
:駕駛員：凱蒂·懷特
:使用武器為「信號機矛槍」和「飛彈防護盾」，其中飛彈防護盾可射出蘋果形及心形飛彈，又稱為。新幹線模式為新幹線500系7000番台V2編組「Hello Kitty 新幹線」特別列車 。
::僅於「新幹線戰士 Hello Kitty」特別短篇以及動畫第二部第16話中蒼玉的幻想中出現，實際上不存在。
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::全長：5輛載蘋果的貨車之高度
::重量：3輛載蘋果的貨車之重量
::新幹線戰士 Hello Kitty的強化型態，使用武器為「飛彈防護盾」和，且頭部加上與凱蒂頭部相似之加大頭罩。
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:全長：27公尺
:重量：125公噸
:駕駛員：不明
:以新幹線N700S系電聯車為原型極秘開發的機體，構造與E5 MkII及暗黑魔王號同為三輛變形。屬於能夠進行極限交錯合體的新幹線變形機器人之一，武器為，有槍及劍兩種模式，但平時通常以槍的形式使用，至尊模式時才改用劍的形式。配備龍型無人機器人，至尊模式及極限交錯合體時可分解為合體配件。
:僅於「新幹線戰士N700S希望號」特別短篇中出現，自超進化研究所名古屋支部出發前往地底世界並先後與千齒龍獸、陸地火蜥蜴等古力亞捷斯對戰。動畫中未實際登場。
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::全長：28公尺
::重量：155公噸
::新幹線戰士N700S與至尊飛龍合體後的強化型態。配備、、及。其中集中電纜可藉由將其末端的插在機體手部、腳部或武器上，將全身力量集中於該部位以強化其拳擊、踢腿、斬擊等攻擊效能。必殺技為。
新幹線戰士Z
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:全長：26.5公尺
:重量：110公噸 → 109公噸（改善型）
:駕駛員：新多進 → 碓冰阿布特（《復活的灰簾》） → 新多進（《復活的灰簾》第8話）
:活化E5系新幹線速度特質而開發的全能型新幹線戰士。使用武器為，並於背部與腳部分別配備了推進器以及以強化其速攻能力。機體胸口處配備了類似金色能量炮之構造，但僅於合體時使用，一般時無功能。新幹線模式時於車內配置與實車相同之18席金色頭等車廂座位，不需變形時可視特殊需求搭載乘客。原型為新幹線E5系。初次登場於第二部第1話。
:於進前往墨西哥留學期間被改造成為，武器亦強化成為，並改由阿布特駕駛。
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:全長：26.5公尺
:重量：105公噸 → 104公噸（改善型）
:駕駛員：大曲花火
:與E6系新幹線同樣具備高機動性的新幹線戰士，使用武器為，並於額部搭載3D雷達，且腳部之構造中配置了減震器，使其於劇烈移動中也能安定地進行射擊。肩膀裝有能量增強裝置，可以將高能量釋放到裝備好的武器上。原型為新幹線E6系。初次登場於第二部第3話。
:第25話時為了應對出現於四國的巨大怪物體而於超進化研究所伊予西條支部接受改造，將其新幹線模式的轉向架暫時更換為窄軌款式。同話戰鬥中由於其駕駛員花火的合適率上升而新增必殺技。
:後傳小說《復活的灰簾》中於首度對決灰簾時時手部嚴重受損，並於修復時一併進行改造成為，武器亦強化成為。
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:全長：26.5公尺
:重量：120公噸
:駕駛員：戶隱大樹
:活用E7系新幹線強大馬力的力量型新幹線戰士，使用武器為。原型為新幹線E7系。初次登場於第二部第4話結尾，正式登場於第5話。
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:全長：26.5公尺
:重量：105公噸
:駕駛員：中洲山笠
:搭載飛行裝備，可進行空中戰鬥的新幹線戰士，使用武器為，並配備，當向上展開形成時可使其於高空中自由滑翔。原型為新幹線800系1000番台U007編組。初次登場於第二部第8話結尾，正式登場於第9話。
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:全長：26.5公尺
:重量：110公噸
:駕駛員：安城長良
:集結超進化研究所的技術，擁有空前運動性能的新幹線戰士，其搭載的可使另一高合適率者以車長之身分與駕駛員共同控制該機體。使用武器為。原型為新幹線N700S系。初次登場於第二部第11話。
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:全長：26.5公尺
:重量：110公噸
:駕駛員：嵐山銀河
:以全車搭載馬達的500系開發成的新幹線戰士，擅長利用出色的瞬發力進行快速攻擊。使用武器為。原型為新幹線500系。初次登場於第二部第17話。
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:全長：26.5公尺
:重量：110公噸
:駕駛員：碇真嗣
:新幹線超進化研究所京都支部與特務機關NERV共同開發的新幹線戰士，使用武器為，並具備使A.T.力場無效化之能力。原型為新幹線500系7000番台V2編組「500 TYPE EVA」特別列車。初次登場於第二部第21話。
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:全長：26.5公尺
:重量：110公噸
:駕駛員：安城島風
:全身配有武裝的超攻擊型新幹線戰士，使用武器為以及，並配備，使其能於空中滑翔；另於其新幹線模式之車廂中配備特殊檢測儀器，能偵測並定位出行走區間附近地底的黑石。原型為新幹線923型T4編組。初次登場於第二部第19話片尾，正式登場於第22話。
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::全長：28.5公尺
::重量：225公噸
::新幹線戰士Z 黃醫生號的強化型態，由Z 黃醫生號主機體加上額外二節中間車廂組成的強化機體，使用武器為「尖軌聖劍」、「路軌釘霰彈槍」以及{{nihongo|「檢測-{}-導彈」|ケンソクミサイル}}，並於額部搭載掃描儀。初次登場於第23話。
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:全長：26.5公尺
:重量：110公噸
:駕駛員：月野梅德爾
:為了於嚴寒環境下戰鬥而開發的新幹線戰士，使用武器為，並配備以及。原型為新幹線H5系。初次登場於第二部第28話。
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:全長：26.5公尺
:重量：115公噸
:駕駛員：新多進
:搭載最先進技術的次世代新幹線戰士Z，使用武器為、以及由與結合成的，並配備，使其能於空中滑翔。內建之可使與其合體之新幹線戰士Z或Z列車機體的性能增幅，當該系統發動時其臉部會被X字型之覆蓋。原型為新幹線E956型。僅登場於後傳小說，動畫中未登場。
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:全長：26.5公尺
:重量：110公噸
:駕駛員：中洲山笠
:結合800燕子號的色彩意象以及N700S希望號的高性能的最先進新幹線戰士，使用武器為。原型為新幹線N700S系8000番台Y1編組。初次登場於後傳小說《復活的灰簾》第3話，動畫中未登場。
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:全長：26.5公尺
:重量：110公噸
:駕駛員：惣流·明日香·蘭格雷
:特務機關NERV以將新幹線戰士量產化為前提開發的新幹線戰士Z，使用武器為「高震動信號刀」、以及兩把。原型為衍生自新幹線500系「500 TYPE EVA」特別列車的虛構EVA 2號機塗裝版本「500 TYPE EVA-02」。動畫中未登場。
超進化鐵道開發機構的新幹線戰士
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:全高：21公尺
:全長：11公尺
:重量：50公噸
:駕駛員：大成太晴
:由E5系新幹線隼號的先頭車變形而成的新幹線戰士。初次登場於第三部第1話，正式登場於第2話。
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:全高：21公尺
:全長：11.5公尺
:重量：47.5公噸
:駕駛員：福爾登茜
:由E6系新幹線小町號的先頭車變形而成的新幹線戰士。初次登場於第三部第6話。
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:全高：21公尺
:全長：10.5公尺
:重量：55公噸
:駕駛員：九頭龍良太
:由E7系新幹線光輝號的先頭車變形而成的新幹線戰士。初次登場於第三部第4話。
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:全高：21公尺
:全長：10.5公尺
:重量：50公噸
:駕駛員：魚虎天
:由N700S系新幹線希望號的先頭車變形而成的新幹線戰士。初次登場於第三部第8話。
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:全高：21公尺
:全長：11公尺
:重量：50公噸
:駕駛員：五稜郭紫苑
:由H5系新幹線隼號的先頭車變形而成的新幹線戰士。初次登場於第三部第9話。
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:全高：21公尺
:全長：11.5公尺
:重量：47.5公噸
:駕駛員：最上伽瑪
:由E8系新幹線翼號的先頭車變形而成的新幹線戰士。初次登場於第三部第14話，正式登場於第15話。
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:全高：21公尺
:全長：10.5公尺
:重量：50公噸
:駕駛員：海風九十九
:由N700S系新幹線海鷗號的先頭車變形而成的新幹線戰士。初次登場於第三部第20話。
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:全高：21公尺
:全長：13公尺
:重量：50公噸
:駕駛員：西大路大和
:由500系新幹線回聲號的先頭車變形而成的新幹線戰士。初次登場於第三部第24話。
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:全高：21公尺
:全長：9.6公尺
:重量：60公噸
:駕駛員：工部零時
:由0系新幹線的先頭車變形而成的新幹線戰士，為超進化鐵道開發機構最初的新幹線戰士。使用武器為，可以二刀流或是以握柄連結的兩種狀態使用。初次登場於第三部第3話，正式登場於第26話。
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:全高：21公尺
:全長：11.5公尺
:重量：50公噸
:駕駛員：梔子森戶
:由新幹線923型黃博士的先頭車和後尾車分別變形而成的新幹線戰士。使用武器為。
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::全高：29.5公尺
::全長：9公尺
::重量：155公噸
::新幹線戰士黃博士真正的型態，由黃博士的先頭車、中間車和後尾車三輛合體而成。使用武器為，並配備以及檢測感應器。
敵方的新幹線戰士
基多拉爾薩斯的新幹線戰士
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:全長：26.5公尺
:重量：100公噸
:駕駛員：青龍（第55話後為人類姿態）
:伊邪交予基多拉爾薩斯族的新幹線戰士，由因實驗事故而來到地底世界的超進化研究所試驗機體「新幹線戰士E2」改造而成
::必殺技為「龍騎兵路軌攻擊」。初次登場於第24話，正式登場於第25話。
:;{{nihongo|黑色新幹線戰士 -{zh-hans:狂战士模式;zh-hk:狂戰士模式;zh-tw:狂霸模式/暗黑狂霸號;}-|ブラックシンカリオン バーサーカーモード}}
::黑色新幹線戰士於第25話登場的新型態。
::全長：29公尺。登場於第75話。
:第76話被乘載著眾人之力量而強化的新幹線戰士E5 MkII超越交叉黑色新幹線戰士紅擊毀。劇場版中被瓦爾哈蘭重建，以飛昇模式之姿態登場，由蒼玉駕駛。在蒼玉的詭計被白虎識破後與白虎在岩手進行大戰，後被白虎接收，並以沒有被暗黑魔王面具覆蓋頭部之飛昇模式之姿態加入新幹線小隊與瓦爾哈蘭的戰鬥，後與黑色新幹線戰士紅進行極限交錯合體。
量產型黑色新幹線戰士
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:全長：26.5公尺
:重量：100公噸
:駕駛員：暗黑貝克
:黑色新幹線戰士的量產型複製體，由車長寶的黑化複製體「黑色車長寶」控制，1-5號及9、11、12號隸屬於蒼玉，其餘數十部隸屬於麒麟。外形酷似黑色新幹線戰士，惟部分塗裝改為銀色，且頭部被銀色骷髏面具遮蓋，右肩上寫着銀色的不同羅馬數字以作區分。第69話起代號定為。
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::登場於第68話。神秘新幹線進入捕獲力場後釋放黑色粒子製成，後被新幹線戰士E5 MkII 超乘N700A擊毀。
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::登場於第69話。5輛量產型黑色新幹線戰士分別出現在不同地點，迫使5輛新幹線戰士分散行動。在黑色新幹線戰士紅擊毀1號後，另外4部聯合起來擊敗黑色新幹線戰士紅並將其奪去。
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::登場於第70話。後被新幹線戰士E3翼號與E3翼號鋼鐵飛翼同時攻擊而擊毀。
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::登場於第72話。後被新幹線戰士黃醫生號、N700A、800和三重合體4部聯合擊毀。
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::登場於第73話。13至15號首先於東京出現並與新幹線戰士E5隼號MkII、新幹線戰士E6小町號、新幹線戰士E7光輝號及新幹線戰士E3翼號進行交戰，另有包含20、50和55號在內的4部分別出現於函館、京都、名古屋與門司等地，分別與新幹線戰士H5隼號、新幹線戰士黃醫生號、新幹線戰士N700A希望號、新幹線戰士800燕子號及新幹線戰士托尼提號對峙，上述機體除了13號被前來支援的新幹線戰士923黃醫生號擊毀之外，其餘6部機體隨著第74話主戰場轉換至地底世界而撤退，之後下落不明。
:;量產型黑色新幹線戰士龍騎兵（暫稱）
::登場於第73話。前述機體出現不久之後，數十部騎著銀色飛龍的機體於麒麟於新宿上空打開的通道中飛出，最終被暗黑狂霸號發射一記深淵衝擊炮全數擊毀。
鐵傲帝的新幹線戰士
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:全長：26.5公尺
:重量：105公噸
:駕駛員：碓冰阿布特
:闇黑新幹線的新幹線戰士模式。使用武器為以及，並配備使其能於空中滑翔。於機體中樞內設有一般新幹線戰士機體沒有之回路，可對其駕駛員的情感產生反應並與之融合，爆發出具毀滅性的強大力量。於第二部第8話中初次在阿布特的夢中出現，正式登場於第14話。於第37話被擊敗後被回收至超進化研究所大宮分部進行分析。
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::全長：不明
::重量：170公噸
::由闇黑新幹線的中間車變形成的機器馬，可以從旁支援闇黑新幹線戰士、讓闇黑新幹線戰士騎在身上戰鬥，也能與其合體組成「闇黑新幹線戰士 半人馬形態」，或將各部位分解後裝在其身上組成「闇黑新幹線戰士 惡魔形態」。初次登場於第二部第14話。
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::全長：28公尺
::重量：275公噸
::闇黑新幹線戰士的強化形態之一。將闇黑新幹線戰士以及闇馬合體，使闇黑新幹線戰士的機動力與戰鬥力更加強化。使用武器為「遮斷矛」以及兩把。初次登場於第二部第15話。
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::全長：29.5公尺
::重量：275公噸
::闇黑新幹線戰士的強化形態之一，由闇黑新幹線戰士主體加上額外三節中間車廂組成的強化機體，不過代價是駕駛員的心被奪走之後，就會化身為可怕的惡魔，一旦變成惡魔，自己的心就無法再回來了。使用武器為 以及將兩把「闇黑衝擊炮」改置於肩上形成之，並同樣配備天頂盾與闇黑飛翼，必殺技為。於第二部第19話中初次被床次提及，正式登場於第30話。
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:全長：26.5公尺
:重量：105公噸
:第二部第37話阿布特成功控制住自己身上的托列蘭提亞後使闇黑新幹線戰士進化、全身化為銀白色之全新形態，使用武器為由遮斷矛轉化成之，並配備分別由天頂盾以及闇黑飛翼轉化成之以及，必殺技為。
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::全長：不明
::重量：170公噸
::由白銀新幹線的中間車變形成的機器馬，可以從旁支援闇黑新幹線戰士 絕對形態、讓闇黑新幹線戰士騎在身上戰鬥，也能與其合體組成「闇黑新幹線戰士 絕對半人馬形態」，或將各部位分解後裝在其身上組成「闇黑新幹線戰士 絕對騎士形態」。初次登場於後傳小說《山手危機》，動畫中未登場。
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::全長：28公尺
::重量：275公噸
::闇黑新幹線戰士 絕對形態的強化形態之一，將闇黑新幹線戰士 絕對形態以及絕對獨角獸合體，使闇黑新幹線戰士 絕對形態的機動力與戰鬥力更加強化。使用武器為「絕對型態之劍」以及兩把由闇黑衝擊炮轉化成之，並於額部加裝能量吸收裝置，可吸收雷電使其攻擊增幅。同樣配備「絕對飛翼」，但改置於腰部兩側而非原半人馬形態時闇黑飛翼之兩後腿上方。初次登場於後傳小說《山手危機》，動畫中未登場。
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::全長：29.5公尺
::重量：275公噸
::闇黑新幹線戰士 絕對形態的強化形態之一，由闇黑新幹線戰士絕對形態主體加上額外三節中間車廂組成的強化機體。使用武器為由惡魔加農砲轉化成之以及將兩把「絕對衝擊炮」改置於肩上形成之類似惡魔龍卷風的大砲，並同樣配備絕對盾牌與絕對飛翼，必殺技為自「獨角獸刺角」吸收雷電並由能量炮砲口放出之。初次登場於後傳小說《山手危機》，動畫中未登場。
Unknown的新幹線戰士
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:全高：21公尺
:全長：10.5公尺
:重量：50公噸
:駕駛員：大成伊奈
:由黑色新幹線之一「幻影號」的先頭車變形而成的新幹線戰士。使用武器為、以及。三款裝備可結合成。
:初次登場於第三部第1話片頭，正式登場於第11話。
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:全高：21公尺
:全長：11.5公尺
:重量：50公噸
:駕駛員：工部零時
:由黑色新幹線之一「冥王號」的先頭車變形而成的新幹線戰士。使用武器為兩把燃燒著火焰的大劍以及。
:初次登場於第三部第16話。
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::蝙蝠型的Unknown，同時也是冥王新幹線戰士的支援機之一，可與雙頭犬合體成二輛編成的車輛型態。超鐵機將其代號定為Unknown23號。
::原型為希臘神話人物。初次登場於第三部第15話。
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::雙頭犬型的Unknown，同時也是冥王新幹線戰士的支援機之一，可與米尼阿得斯合體成二輛編成的車輛型態。超鐵機將其代號定為Unknown24號。
::原型為希臘神話-{雙頭犬}-。初次登場於第三部第16話。
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::全高：22公尺
::全長：14.5公尺
::重量：100公噸
::冥王新幹線戰士與米尼阿得斯以及雙頭犬合體後的型態。使用武器為「蒼藍烈火」、「朱紅烈火」以及。初次登場於第三部第18話。
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:全高：不明
:全長：不明
:重量：不明
:駕駛員：比娜
:比娜利用太晴至今為止的戰鬥數據建造出之最強形式的Unknown，外觀以及武裝皆與新幹線戰士E5隼號拖車形態完全相同，然而此機體係由Unknown38號的中心部分直接重組而成，並非實際由列車與支援車輛變形合體而成。使用武器為。登場於第三部第39話。
支援車輛
Z火車
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:裝備以及、用於支援「新幹線戰士Z E5隼號」的手部強化型Z火車。存放於東京綜合車輛中心。對應之Z碼位於群馬縣碓冰川河床中的岩石上。原型為JR東日本E235系。初次登場於第二部第2話。
:後傳小說《復活的灰簾》中為對應超究極Z合體系統而改造成為，新增可強化腿部之第二輛車體，並增備以及。
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:裝備、用於支援「新幹線戰士Z E6小町號」的腿部強化型Z火車。存放於。對應之Z碼位於岩手縣盛岡市太田藥師神社旁的巨石上。原型為JR東日本E259系。初次登場於第二部第3話。
:後傳小說《復活的灰簾》中為對應超究極Z合體系統而改造成為，新增可強化手部之第二輛車體，並增備以及。
; {{nihongo|Z火車 E353-{梓}-號|ザイライナー Ｅ３５３アズサ}}
:裝備以及、用於支援「新幹線戰士Z E7光輝號」的手部強化型Z火車，內建之可使機體的力量增幅。對應之Z碼位於長野縣長野市戶隱山不動尊磨崖佛附近的石墩頂部。原型為JR東日本E353系。初次登場於第二部第6話。
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:裝備以及、用於支援「新幹線戰士Z 800燕子號」的腿部強化型Z火車。對應之Z碼為福岡縣太宰府市大宰府政廳遺跡由上望去之整體輪廓。原型為JR九州883系。初次登場於第二部第9話。
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:裝備以及、用於支援「新幹線戰士Z N700S希望號」的二輛編成Z火車，可同時強化手部及腿部。對應之Z碼位於愛知縣犬山市博物館明治村中的拱橋橋墩上。原型為JR東海HC85系。初次登場於第二部第13話。
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:裝備以及、用於支援「新幹線戰士Z 500回聲號」的手部強化型Z火車。對應之Z碼位於京都府京都市上。原型為JR西日本323系。初次登場於第二部第19話。
; }}。初次登場於第二部第21話。
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:全長：27.5公尺
:重量：128公噸
:新幹線戰士Z H5隼號與Z火車261北斗號合體後的形態。將Z火車261北斗號變形後取代Z H5隼號的腿部構造，使其性能更加強化。武器為將「信號燈機槍」與「北斗機槍」結合而成的。初次登場於第二部第32話。
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:全長：不明
:重量：不明
:新幹線戰士Z E5隼號與新幹線戰士Z ALFA-X合體後的形態。將新幹線戰士Z ALFA-X取代Z E5隼號的手臂及腿部構造，並藉由「ALFA-X系統」使其性能增幅。使用武器為將「車站聖劍」與「X大劍」結合而成的、將兩把「X長槍」與「ALFA破壞炮」結合而成的以及將「X加農炮」改置於背後形成之，配備「ALFA飛翼」以及「X面具」，必殺技為「Z能量炮」。動畫中未登場。
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:全長：不明
:重量：不明
:駕駛員：碓冰阿布特、新多進
:闇黑新幹線戰士 絕對形態與新幹線戰士Z ALFA-X合體後的形態。將新幹線戰士Z ALFA-X取代闇黑新幹線戰士 絕對形態的手臂及腿部構造，並藉由「ALFA-X系統」使其性能增幅。使用武器為「絕對聖劍」、「絕對加農砲」以及兩把「絕對衝擊炮」，並配備「ALFA飛翼」以及「獨角獸刺角」，必殺技為。僅登場於後傳小說《山手危機》，動畫中未登場。
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:全長：27.5公尺
:重量：113公噸
:新幹線戰士Z N700S海鷗號與Z火車883音速日輪號合體後的形態。將Z火車883音速日輪號變形後取代Z N700S海鷗號的腿部構造，並將原腿部構造改置於背後成為，使其能於空中高速移動。使用武器為將「海鷗迴旋鏢」與「日輪弩槍」結合而成的。初次登場於後傳小說《復活的灰簾》第3話，動畫中未登場。
超Z合體
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:全長：29.5公尺
:重量：275公噸
:駕駛員：新多進、安城島風
:新幹線戰士Z E5隼號與新幹線戰士Z 黃醫生號 Z保線模式合體後的形態。使用武器為將「車站聖劍」與「路軌釘霰彈槍」結合而成的以及，必殺技為。初次登場於第二部第30話。
雙重Z合體
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:駕駛員：新多進、大曲花火、戶隱大樹、中洲山笠
:新幹線戰士Z E5隼號與Z火車E235山手線、E353-{梓}-號、E259N'EX號以及883音速號合體並裝備新幹線戰士Z 800燕子號之Z燕子飛翼後的形態。初次登場於第二部第41話。
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:駕駛員：碓冰阿布特、安城長良、嵐山銀河、月野梅德爾
:闇黑新幹線戰士 絕對形態與Z火車HC85飛驒號、323大阪環狀號以及261北斗號合體後的形態。初次登場於第二部第41話。
必殺技為由兩者同時發射之。
超究極Z合體
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:全長：28公尺
:重量：122公噸
:新幹線戰士Z E5隼號 改善型與Z火車E235山手線 改善增結型合體後的形態。武器為強化自山手線車站聖劍之，並於膝蓋以及腳尖皆配備「山手鉤爪」，左手原配備之閘門盾則以「山手盾」替代。必殺技為。初次登場於後傳小說《復活的灰簾》第5話，動畫中未登場。
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:全長：28公尺
:重量：131公噸
:新幹線戰士Z E6小町號 改善型與Z火車E259N'EX號 改善增結型合體後的形態。將Z火車E259N'EX號變形後取代Z E6小町號的腿部構造，使狙擊力更加強化。武器除了強化自N'EX變壓變頻破壞炮之外亦新增「N'EX導彈」以及「N'EX加特林槍」。必殺技為。初次登場於後傳小說《復活的灰簾》第5話，動畫中未登場。
支援合體
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:全高：22公尺
:全長：11公尺
:重量：65公噸
:新幹線戰士E5隼號與支援拖車合體後的型態。使用武器為，並配備以及，必殺技為。初次登場於第三部第1話，正式登場於第2話。
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:全高：23.5公尺
:全長：18.5公尺
:重量：59公噸
:新幹線戰士E6小町號與支援起重車合體後的型態。使用武器為以及，並配備。初次登場於第三部第1話，正式登場於第6話。
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:全高：22.5公尺
:全長：11.5公尺
:重量：100公噸
:新幹線戰士E7光輝號與支援鑽地車合體後的型態。使用武器為，並配備以及。初次登場於第三部第1話，正式登場於第4話。
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:全高：22公尺
:全長：10.5公尺
:重量：65公噸
:新幹線戰士N700S希望號與支援蒼藍運輸車合體後的型態。使用武器為，並配備以及。初次登場於第三部第7話。
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:全高：22.5公尺
:全長：11.5公尺
:重量：95公噸
:新幹線戰士H5隼號與支援推土車合體後的型態。使用武器為，並配備以及。初次登場於第三部第10話。
; {{nihongo|新幹線戰士 E8翼號 無人-{}-機形態|シンカリオン E8つばさドローンフォーム}}
:全高：22.5公尺
:全長：17.5公尺
:重量：52.5公噸
:新幹線戰士E8翼號與支援無人機合體後的型態。使用武器為，並配備。初次登場於第三部第15話。
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:全高：23公尺
:全長：10.5公尺
:重量：105公噸
:新幹線戰士N700S海鷗號與支援渡輪合體後的型態。使用武器為，並配備以及。初次登場於第三部第20話。
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:全高：不明
:全長：不明
:重量：不明
:新幹線戰士E5隼號與支援鑽地車合體後的型態。使用武器為，並配備以及。初次登場於第三部第22話。
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:全高：23.5公尺
:全長：18公尺
:重量：60公噸
:新幹線戰士500回聲號與支援人機合體後的型態。使用武器為。初次登場於第三部第24話。
三輛合體
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:全高：29.5公尺
:全長：25公尺
:重量：155公噸
:駕駛員：大成太晴、福爾登茜、九頭龍良太
:新幹線戰士E5隼號、E6小町號和E7光輝號透過「SRG系統」合體後的型態。使用武器為。初次登場於第三部第18話。
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:全高：不明
:全長：不明
:重量：不明
:駕駛員：最上伽馬、弗爾登茜、九頭龍良太
:新幹線戰士E8翼號、E6小町號和E7光輝號透過「SRG系統」合體後的型態。使用武器為。初次登場於第三部第33話。
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:全高：不明
:全長：不明
:重量：不明
:駕駛員：工部零時、雛子
:幻影新幹線戰士、冥王新幹線戰士與米尼阿得斯、雙頭犬合體後的型態。使用武器為。初次登場於第三部第33話。
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:全高：不明
:全長：不明
:重量：不明
:駕駛員：大成太晴、梔子森戶
:新幹線戰士E5隼號和巨型黃醫生號合體後的型態。使用武器為。必殺技為。初次登場於第三部第34話。
腳註
參考文獻
外部連結
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