Les X 72500, premiers matériels de nouvelle génération (d'où l'appellation d'automoteur préférée à celle d'autorail), sont apparus en 1997 en remplacement des RGP, au nombre de cinq engins affectés à Marseille Blancarde, desservant prioritairement la ligne des Cévennes, avec des incursions sur Nîmes - Montpellier (relations Montpellier - Mende) puis Béziers. Un peu plus tard, ils firent aussi leur apparition sur la ligne du Grau du Roi et furent épaulés par les X 73500.
D'une fiabilité plutôt mauvaise, les X 72500, réservés aux relations à longue distance et peu d'arrêts, ont finalement été vendus à la région PACA fin 2008, remplacés par la seconde tranche de B 81500.
La livrée a toujours été celle grise et bleue "TER standard", agrémentée de larges logos régionaux sous les baies (la livrée rouge n'a jamais été prévue pour ce matériel).
Apparus en 1997-1998, ces engins devaient participer au renouveau des TER en remplaçant partiellement les EAD X 4500 et RIO utilisés sur la ligne de la Côte Bleue et Marseille - Aix, et réduire l'utilisation de rames Corail (tractées par des BB 67400) sur la ligne des Alpes. Là aussi entachée de problèmes de fiabilité peu à peu résolus, leur utilisation a été recentrée depuis 2007-2008 sur la ligne des Alpes jusqu'à Briançon (trains Marseille - Pertuis et au delà), époque coïncidant avec l'arrivée des AGC et la suspension du trafic pour modernisation d'Aix - Marseille. La présence d'X 72500 sur les navettes Aix - Marseille et sur la Côte Bleue est devenue peu fréquente, les B 81500 étant plus adaptés à ces dessertes à arrêts fréquents.
Depuis 2014, ce parc arrivant à la quinzaine d'années de carrière subit une rénovation légère, avec reprise des garnissages intérieurs et pose de prises électriques, la livrée restant inchangée. A noter qu'une bonne partie du parc a perdu ses carénages frontaux, ce qui impliquerait une vitesse limitée à 120 km/h au lieu de 160, ce qui n'est pas pénalisant sur la ligne des Alpes.
Ces engins ont été rejoints par les rames Languedoc Roussillon, puis début 2015 par deux X 72500 ex Midi Pyrénées, qui étaient déjà de seconde main (originellement région Auvergne, dont ils ont gardé la décoration). L'X 72657/8 ex Midi Pyrénées a également rejoint ce parc à l'été 2018.
Victimes d'accidents, les X 72621 et 72666 ont été radiés en novembre 2015 ; un élément X 72622/72665 a été formé en novembre 2014 à partir des motrices rescapées.
| Rame | Date de mise en service | Région d'origine | Remarques |
| X 72525/6 | 5 février 1998 | Languedoc Roussillon | cédé à PACA en décembre 2008 |
| X 72533/4 | 19 mars 1998 | PACA | |
| X 72541/2 | 20 avril 1998 | Auvergne | cédé à PACA en décembre 2014 ?? |
| X 72553/4 | 29 juin 1998 | Languedoc Roussillon | cédé à PACA en décembre 2008 |
| X 72567/8 | 18 septembre 1998 | Languedoc Roussillon | cédé à PACA en décembre 2008 |
| X 72571/2 | 13 octobre 1998 | PACA | |
| X 72577/8 | 26 octobre 1998 | PACA | |
| X 72609/10 | 10 février 1999 | PACA | |
| X 72621/2 | 20 mars 1999 | PACA | X 72621 radié le 28 novembre 2015, remplacé par X 72665 |
| X 72625/6 | 7 avril 1999 | PACA | |
| X 72637/8 | 17 mai 1999 | Languedoc Roussillon | cédé à PACA en décembre 2008 |
| X 72657/8 | 11 juillet 1999 | Midi Pyrénées | prêté à PACA à partir d'août 2018 |
| X 72665/6 | 8 septembre 1999 | Languedoc Roussillon | cédé à PACA en décembre 2008. X 72666 radié le 28 novembre 2015, remplacé par X 72622 |
| X 72683/4 | 3 décembre 1999 | PACA | |
| X 72685/6 | 7 décembre 1999 | Auvergne | prêté à PACA |
| X 72687/8 | 23 décembre 1999 | PACA | |
| X 72691/2 | 6 janvier 2000 | PACA | |
| X 72697/8 | 3 février 2000 | PACA | |
| X 72703/4 | 30 mars 2000 | PACA | |
| X 72705/6 | 3 mai 2000 | PACA |
A noter que l'X 72683/4 a la particularité d'avoir des logos régionaux différents
Un X 72500 a été prêté par TER Aquitaine à PACA en 2019.
Prêt du X 72529/30 début 2020.
Prêt du X 72567/8 en 2018, les autres X 72500 Midi Pyrénées étant déjà retirés du service dans leur région.
