Le dépôt de La Plaine est une ancienne installation de la Compagnie du Nord située à quelques kilomètres de la gare de Paris-Nord, mise en service en 1874 à la Plaine Saint-Denis afin d'entretenir et de gérer les locomotives à vapeur de la Compagnie.
Lourdement bombardé pendant la Seconde Guerre mondiale, le dépôt fut reconstruit après-guerre et converti en un important dépôt d'entretien des locomotives diesel du réseau nord de la SNCF, puis désaffecté dans les années 1990.
Il ne subsiste que les bâtiments en béton armé de l'entretien des machines, surnommées localement les Cathédrales du rail, dont les façades sont inscrites aux monuments historiques.
Le dépôt assurait notamment la gestion des locomotives assurant le trafic des manœuvres des gares du secteur parisien du réseau du Nord, ainsi qu'un trafic de ligne avec des 140 A et des 230 D.
En 1939, le dépôt gérait 130 locomotives à vapeur au moyen d'un effectif de 1 180 agents.
La transformation en dépôt « diesel » est devenue effective avec l'arrivée des A1AA1A 62000 (ex 040 DA) en 1950. Elle durera jusqu'en 1959, avec l'installation de lavages pour les machines de banlieue.
Outre la traction sur les grandes lignes non électrifiées, les machines du dépôt assuraient également celle de la ligne de Grande Ceinture avec les CC 65500 (ex 060 DA), de la ligne de Petite Ceinture et les manœuvres du triage du Bourget ainsi que des gares et embranchements particuliers de Paris et banlieue.
Progressivement, le dépôt devint le centre de gros entretien et de réparations des locomotives diesel affectées aux dépôts proches, du Bourget et de Bobigny, transformés à cette occasion en dépôts « mouvement » (les CC 65500 étaient aussi conduites par les agents des dépôts d'Achères, Trappes et, en fin de carrière, sur l'étoile Creil/Beauvais). Les fonctions d'entretien étaient assurées par le dépôt de La Plaine, dont l'activité « mouvement » n'utilisait pas les CC 65500 car elle était orientée vers la traction des trains de fret sur la Petite Ceinture, Saint-Ouen et Gennevilliers, les lignes Paris Nord - Le Tréport, Paris Nord - Laon, ainsi que le train postal et la Flèche d'argent desservant Le Touquet et la ligne de banlieue diesel Paris-Nord - Ermont par les Grésillons et la desserte Ermont - Argenteuil.
Le dépôt était équipé de deux halls principaux : l'atelier de révision et l'atelier de petit entretien.
Le Petit entretien était équipé de 13 voies sur fosses, dont 4 équipées de plates-formes permettant un accès aisé aux flancs et à la toiture des machines, et 3 voies équipées d'un appareil permettant de déposer les essieux et leurs moteurs de traction, sans désolidariser les bogies de la caisse.
L'atelier de réparation, installé dans un vaste bâtiment de 80 m sur 23 m, doté notamment de deux ponts roulant capables de lever 60 tonnes, et permettait d'assurer l'entretien simultané de 4 locomotives. Il comprenait également un chantier d'entretien des caisses permettant notamment de désolidariser les bogies des caisses et un chantier d'entretien des bogies. Le dépôt étant alimenté en courant force diphasé (comme le dépôt de La Chapelle), ces ponts roulants comportaient un groupe tournant convertisseur « Léonard » pour produire du courant continu aux différents moteurs de levage et de translation de ce pont, ces moteurs à courant continu permettant des manœuvres très précises et très souples.
En 1965, le dépôt gérait :
Au 1er janvier 1965, 580 cheminots y étaient affectés, dont 278 chargés de la conduite des locomotives et 192 pour les ateliers.
En 1966, y étaient affectées :
En 1970, le dépôt avait en gérance :
ainsi que les autorails X 2051 inox et l'autorail de commandement X 3215 (Renault ABJ3)