旅客铁道（JR东日本）管辖范围内的东北新干线包括仙台站之内的5个铁路车站遭到破坏，一列正在行驶中的新干线E2系动车（列车编号：7932B）在距仙台站以北4.5km处脱轨，电线杆的架空接触网、高架桥的桥墩总计约1,100个地点损坏。3月15日起东京站-那须盐原站段恢复通车，22日盛冈站-新青森站段恢复通车，4月7日一之关站-盛冈站段恢复通车。但在同日，强烈的余震导致铁路产生了新的约450处损坏。导致原本已经开通的路段再次被封闭。4月12日，那须盐原站到福岛站之路段重新开放起，之后铁路陆续开通，4月29日全线重