大多数の列車は、泉岳寺駅から先の都営浅草線と京成押上線を介して京成本線成田空港駅、芝山鉄道芝山千代田駅および北総線印旛日本医大駅まで相互直通運転を行っている。このため、北側の急行は乗り入れ先の車両で運用されていることが多い。
運行パターンとしては例として以下のタイプが存在する。
原則として後続の横浜方面行きの快特（または特急）には追い抜かれない。
泉岳寺方面行きは京急蒲田駅で横浜方面からの快特からの接続をうける。鮫洲駅で普通列車を追い抜くのは朝夕の一部のみ設定されている。
普通.
ほとんどの普通が、京急線内のみの運行である。しかし、ごく少数ながら品川駅を終着とする都営浅草線や京成線方面直通の普通も存在する。
運行本数.
直通先の列車種別.
エアポート快特・快特（快速特急）・アクセス特急・特急・通勤特急・快速・普通.
過去の列車種別.
通勤快特.
エアポート特急.
ハイキング特急.
廃止後はその代替として休日の定期特急の一部に「房総」「三浦」などの愛称名をつけて運転し、のちに快速特急「マリンパーク号」となった。
週末特急.
海水浴特急.
通勤特急.
急行（旧）.
ただし、京急蒲田駅以南の急行が廃止された後も、毎年正月に開催される箱根駅伝に協力するため、選手が京急蒲田駅付近にある第一京浜の踏切を通過する予定時間帯に限り、空港線の運転規制により京急川崎駅発着の急行が設定されていた。
通勤急行.
準急.
過去の列車愛称.
ハイキング特急や週末特急以外の一般の特急・快特や急行にも愛称がついている列車が存在し、中には定員制の列車も存在した。
「招運号」.
「城ケ島・マリンパーク号」「成田山号」.
「パシフィック」「逗子」.
「みうらビーチ」「ハワイアン」「ミュージックトレイン」など.
「南房総」「城ケ島」「油壺マリンパーク」「マリンパーク」.
その他.
女性専用車.
利用状況.
近年の輸送実績を下表に記す。表中、最高値を赤色で、最高値を記録した年度以降の最低値を青色で、最高値を記録した年度以前の最低値を緑色で表記している。
歴史.
この路線は、川崎大師への参詣鉄道を運行していた大師電気鉄道が、京浜間の連絡鉄道の開業を目的に、京浜電気鉄道と社名を変更した上で、東京都南部から神奈川県川崎市付近に軌道線を開業させたのが始まりである。