この年より地域フランチャイズ制が導入され、国鉄は読売ジャイアンツ、毎日オリオンズ、大映スターズ、東急フライヤーズと共に後楽園球場を本拠地とした。開幕から2勝2敗とした後は4連敗、4月に入り4連敗と6連敗、5月に10連敗と連敗を重ねたが、松竹と広島が低迷したことで5位でシーズンを終了。この年120試合制となり、初の50勝到達となったが、このうち半分近い24勝は金田正一で、二年連続奪三振王となった。佐藤孝夫が球団初の新人王を獲得。
1953年

松竹と大洋が合併したことで、この年からセ・リーグは現在の6球団制に移行。国鉄は45勝79敗1分に終わり、首位巨人から42ゲーム差、5位大洋松竹と4.5ゲーム差で球団初の最下位となる。西垣徳雄が監督を退任、後任は藤田宗一。
1954年

読売ジャイアンツから移籍した宇野光雄の活躍で同年の対巨人戦8連勝。宇野と箱田弘志が球団初のベストナインを獲得する。首位中日から32ゲーム差、55勝73敗2分の5位に終わる。
1955年

10月19日、金田正一がシーズン350奪三振を記録、NPB新記録[注釈 3] となると共に大リーグ・ボブ・フェラー348を抜く世界新記録[8]。町田行彦が本塁打王を獲得。57勝71敗2分で、首位巨人と34.5ゲーム、4位広島と1ゲーム差の5位に終わり、藤田が監督退任、後任は宇野光雄。
1956年

対巨人戦で11勝（13敗）と互角の試合を見せる。大脇照夫が5月3日の対中日戦（中日）でノーヒットノーラン、宮地惟友が対広島（金沢兼六）で球団初、日本プロ野球3人目となる完全試合を達成している[8]。チームは首位巨人と21ゲーム差、61勝65敗で4位に終わる。オフに南海ホークスから飯田徳治を金銭トレードで獲得。
1957年

金田正一は7月15日の対中日戦（中日）で2000奪三振を記録。8月21日の対中日戦（中日）でプロ野球4人目の完全試合を達成し、この年は最多勝利と最優秀防御率を獲得、沢村賞と自身初のベストナインに選ばれている。佐藤孝夫が22本塁打で本塁打王となる。チームは58勝68敗4分、首位巨人から15.5ゲーム差の4位に終わる。
1958年

開幕戦の対巨人戦（後楽園）、金田正一が巨人のルーキー長嶋茂雄を4打席連続三振に抑えるなど、4対1で勝利する。翌4月6日のダブルヘッダーでも4対2、4対3と勝利し、開幕3連勝とする[9]。5月24日の対阪神戦（甲子園）で飯田徳治がアキレス腱切断、日本プロ野球記録の連続試合出場記録が1246で止まる[8]。6月6日、金田が球団初の通算200勝を達成[注釈 4]。チームは2年連続の58勝68敗4分、首位巨人から17.5ゲーム差の4位に終わる。金田正一が投手部門三冠王（最多勝、防御率、奪三振）と沢村賞を獲得。
1959年

この年も開幕戦の対巨人戦（後楽園）で金田正一が巨人のルーキー王貞治を2三振に抑えている。チームは63勝65敗2分、首位巨人から15.5ゲーム差の4位に終わる。
1960年

9月30日に金田正一が対中日戦（後楽園）で勝利して、10年連続20勝を達成するが[10]、チームは54勝72敗4分、首位大洋から17.5ゲーム差、7年ぶりの最下位となる。1960年限りで宇野は監督を解任[11]。後任は砂押邦信。
1961年

6月6日、森滝義己がプロ野球史上5人目となる完全試合を達成。67勝60敗3分で3位とし、球団初、国鉄球団として最初で最後となったAクラス、シーズン通算勝ち越しを記録する。
1962年

9月5日、金田正一がメジャーリーグ、ウォルター・ジョンソンの記録を抜く通算3,509奪三振を達成。51勝79敗4分、首位阪神から24ゲーム差の最下位となる。セ・リーグは3割打者が1人という投高打低のシーズンだったが、その中でも国鉄のチーム打率は.201（313得点）で、これは2リーグ制以降の最低の記録である。