小牛田駅に併設されている小牛田運輸区と新庄駅に併設されている新庄運転区にはそれぞれ蒸気機関車 (SL) の転車台が使用可能な状態で保存されており、両駅間において蒸気機関車の運行が可能である。
観光臨時列車.
快速湯けむり号.
停車駅は仙台駅・松島駅・小牛田駅・古川駅・岩出山駅・有備館駅・川渡温泉駅・鳴子御殿湯駅・鳴子温泉駅・中山平温泉駅・赤倉温泉駅・最上駅・瀬見温泉駅・新庄駅。
過去の観光臨時列車.
以上のこれら「湯けむり」の愛称は本路線の愛称である「奥の細道・湯けむりライン」にちなむものとされている。
リゾートみのり.
過去の優等列車.
「たざわ」→「千秋」・「もがみ」.
太平洋側の仙台駅を起点とし、本路線と陸羽西線を介して日本海側を結ぶ「もがみ」、本路線と奥羽本線を経由して仙台駅と秋田駅間を結ぶ「たざわ」（後に「千秋」〔せんしゅう〕）が運行されていた。この両列車はともに多層建て列車としては珍しく新庄駅で分割・併合を行うが、この相手が奥羽本線米沢駅発着の同名列車同士を併結した。そのため、下り方では、異なる列車名同士の列車が新庄駅で列車名称同士を組み合わせ、上り方では仙台駅行・米沢駅行編成をそれぞれ新庄駅で分割し、今度は行き先毎に列車名が異なる列車を併結するという、あたかもパズルのような運用を行っていた。
「いでゆ」→「湯けむり」.
「あけぼの」の迂回運転.
使用車両.
通常、当線で運行される車両は以下のとおりで、すべての車両が小牛田運輸区所属の気動車である。
沿線概況.
陸前谷地駅の次は、東北新幹線も乗り入れる古川駅である。東西方向に走る陸羽東線の真上を、南北方向に縦貫する東北新幹線が走っている。古川は大崎市の中心地である。また、銘柄米ササニシキやひとめぼれは古川農業試験場で育成されたものである。古川駅の北西側にはJR貨物のオフレールステーションがあり、コンテナが積み重ねられている。かつては貨物列車がここへ乗り入れていたが、現在ではここと仙台貨物ターミナル駅の間でトラックによるコンテナ輸送が行われている。