開業時から2000年3月10日までは松浦鉄道車両が佐世保線に乗り入れて早岐駅まで運転(1992年より一部はハウステンボス駅まで延長)されており、佐世保駅高架化完成後の2002年3月23日の乗り入れ再開以降は松浦鉄道からの直通のほか、jr九州の快速「シーサイドライナー」の一部に長崎駅から長崎本線・大村線・佐世保線を経て佐々駅まで直通運転する列車もあったが、松浦鉄道の車両の老朽化で故障が増加したため、2006年3月18日のダイヤ改正をもって直通運転は休止された。