正纪念堂站后，经小南门站衔接西门站、北门站，沿着天水路、南京西路下方往东行驶并与淡水线中山站交会，继续直行南京东路，迄于台北市松山区松山车站。除了正线外，本路线在新北市新店区境内，还有一条自七张站分出的支线——小碧潭支线。另外，在20世纪上半叶，台北铁道会社与台湾铁路管理局曾在今日新店线的所在位置上经营过一条地面铁路路线——新店线，该铁路线已经在1965年废线，但部分沿线站名仍可在今日的台北捷运新店线上看到。2016年10月新版路线编号作业，以「路线颜色英文字首」为编码原则，原3号线调整为编号「G」