一方、施設を保有している会社と車両を保有し列車を運行する会社が異なる場合には、運行会社が保有会社に対して線路使用料を支払う形になる。
線路使用権.
線路使用権は、必要に応じて一時的な契約であったり、長期に及ぶ場合もある。一時的に線路使用権を設定するときの例としては、災害により自社路線が被災した場合に、被災していない平行他社路線を使用して列車を運行する、というものがある。長期契約の例としては、他社路線を使用したほうが利益が高くなる場合や、他社路線を使用すると短絡できる場合がある。
日本における直通運転.
日本における直通運転は、大都市の地下鉄が郊外への私鉄路線と直通運転するものや、JR・国鉄から経営分離された第三セクターがJRと直通運転するものなどが代表的である。大都市においては、運輸大臣の諮問機関である運輸政策審議会（現在の国土交通大臣の諮問機関交通政策審議会に相当）の答申により、路線建設時には直通運転を前提として計画がなされる。
日本において特徴的な直通運転の形態としては、都心部にターミナル駅を持つ私鉄と地下鉄とが直通する際に、ターミナル駅そのものではなく、数駅郊外側の駅で地下鉄の路線と接続して直通しているというものがあり、東京や大阪などで例が見られる。
また、同一事業者内ではあるが、東京や大阪のJRでは複数の路線間で直通運転を行っており、都心部をまたいだ一体的な列車運行や、広域的な中距離列車の運行がなされている。代表的な例としては東京の中央・総武緩行線や上野東京ライン、大阪のJR東西線・学研都市線などが挙げられる。
日本における直通運転の歴史.
ただし、かつては同一会社の路線が別会社に分割されて新たに直通運転となった例や、これとは逆に、かつては別会社同士の直通運転だったものが、同一会社の路線となり直通運転でなくなった例も存在する。この他にも、一旦は直通運転を廃止したものの、運営形態の変更により営業上および書類上は再び直通運転となった例もあり また、車両の譲渡などの理由により、それまで片乗り入れだったものが相互乗り入れに変更された例もある。
日本における直通運転の事例.
日本において、定期列車で行われている事業者間の直通運転の実施路線を示す。
JRと私鉄・第三セクター.
地下鉄が関係するものについては後述
私鉄・第三セクター同士.