練馬駅から石神井公園駅までは高架複々線となる。内側の線路は各駅停車用で、途中駅には島式ホームが設けられている。外側の線路は優等列車用で、途中駅にホームは設けられていない。
練馬駅を出ると、練馬区役所が見えてくる。途中で、豊島線が高架下へ分岐する。目白通りを跨ぐと、中村橋駅に着く。なお、目白通りの架道橋は高架化工事前は線路が下、道路が上を走っていたが、工事完成後は線路が上、道路が下を走るという、いわゆる「逆立体化工事」が一晩で行われた。
中村橋駅のすぐそばに、富士見台駅が見える。中村橋駅を出ると途中で練馬区立美術館と練馬第三小学校が見え、間もなく富士見台駅に着く。この区間は、互いに隣同士の駅が見えるほど駅間距離が短い。
富士見台駅を出て右にカーブした後、環八通りを跨ぐ。石神井東小学校を通過し、石神井川を越えると練馬高野台駅に着く。
ひばりヶ丘駅を出ると、右にカーブする。落合川を渡ると、東久留米駅に着く。池袋駅から同駅までは住宅街がほとんどで、この駅間では緩やかな下り勾配になっている。
小手指駅を出た列車は、複雑な分岐器を越えて、車窓右側に小手指車両基地を眺めながら進む。ここまで来ると、車窓には武蔵野の面影残す雑木林や畑が住宅に混ざって見えてくる。また、天気の良い時には富士山が望めることがある。しばらく直線を走ると、貨物輸送時代の側線を残す狭山ヶ丘駅に着く。この側線は深夜に車両が留置される。なお、同駅構内の飯能駅寄りは急カーブとなっている。
この区間は急カーブが連続し、かつほとんどの区間が単線であるため、ごく一部の複線区間（後述）を除いて、列車の速度は抑えられることになる。また、前述のとおり飯能駅で運転系統は二分されている。なお、飯能駅から吾野駅方面に進行するにはスイッチバック（方向転換）が必要となるため、飯能駅以西への直通列車は、同駅で進行方向を変えて東飯能駅へと向かう。
飯能駅を出ると、スイッチバックをするため一時的に進路は東となる。その後、複雑な分岐器を一旦戻って吾野駅方面へ進路をとる。その後所沢方面の複線の線路と分岐して、単線となる。飯能市の市街地をみながら北向きに急カーブで進路を変えると、東飯能駅に着く。
高麗駅を出ると、高麗川と併走するようになり、再び山間部を走行する。しばらくすると武蔵横手駅に着く。