阪神3011形電車
車体は、高抗張力鋼を多用し、車体構造もモノコック構造に近づけるなど、軽量化に留意した設計となった。前面は非貫通形2枚窓のいわゆる湘南形の流れを汲んだ形状であるが、車端部や裾部にRが設けられているなど、丸みを帯びているのが特徴である。中央下部に車両番号が表記され、正面上部に前照灯、左右の前面窓上に標識灯・尾灯を装備し、前面中央窓下に種別表示板を取り付けた。側面窓配置は先頭車d1D7D1（d：乗務員扉、D：客用扉）、中間車1D7D1、端部に片引戸の幅1,200mmの客用ドアを設けた2扉車で、客用窓は扉間に幅1,150mmの大型の2段式側窓が設けられていたほか、妻側と運転台側に戸袋窓が1個取り付けられた。また、連結面の窓は車端部のRを生かして曲面ガラスを採用した、当時としては斬新なものであった。塗装は上半分がベージュ、下半分がアズキ色である。車内はセミクロスシートを採用、扉間には当時の国鉄の普通二等車の固定式クロスシート（シートピッチ1,910mm）に近いシートピッチ1,800mmの固定式クロスシートが5組設置された。通風装置も電動発電機 (MG) の風道を兼ねた強制通風式のもので、車体中央部に左右2箇所ずつ設けられた空気取り入れ口を活用して換気を行ったほか、冬季には抵抗器の廃熱を風道に送り込んで車内暖房にあてていた。この通風装置が登場時の新聞報道ではどう間違われたのか冷房装置として紹介されている。
阪神3000系電車
外観については大きな変化はなく、3521形後期車から改造された車両の外観は種車同様前面雨樋が埋め込まれているほか、車体断面や冷房装置取り付け高さも7801形および3521形前期車から改造された車両と異なっている。内装は荷物棚が網棚からパイプ製のものに交換されたほか、化粧板も当時の阪神車両の標準であった緑系の格子柄のものに張りかえられた。なお、化粧板については1987年に改造された3107Fからは当時新造中だった8000系と同じベージュ系の化粧板に変更された。
主電動機は、東洋電機製造製の直流複巻式整流子電動機であるTDK-8175-Aに換装した。出力は従来7801形が搭載していたTDK-814-1Cと変わりないが、3521形が搭載していた主電動機が60kW級のTDK-818-Aであったため、MT比は2：1と変わらないものの編成あたりの出力は向上した。電動車の制動装置はHSC-Rに換装され、制御装置は三菱電機製の界磁チョッパ制御装置であるFCM-118-15MRHを3101形に装備した。補助電源装置は7901形が搭載していた110kVAのCLG-350-Mを、改造後も3001形に継続して装備し、空気圧縮機は7901形から流用したDH25-DまたはM-20-Dを3201形に2基搭載したが、3207以降はC-2000-Mに換装された。台車は種車の住友金属工業FS-341およびFS-341Tを流用、3001形は3201形になる7801形・3521形にFS-341Tを譲り、自車は逆にFS-341に換装した。