神奈川東部方面線
計画概要
2019年（令和元年）9月までに公式発表されているものによると、以下の通りである。
本路線は、相鉄本線西谷駅から東急東横線・目黒線日吉駅までの間に総延長12.7キロの連絡線を建設し、途中駅として羽沢横浜国大、新横浜（仮称）、新綱島（仮称、東急東横線綱島駅付近）の各駅が設置される。
相鉄本線およびいずみ野線の各方面から本路線を経由し、羽沢横浜国大駅でJR東日本湘南新宿ライン・埼京線・川越線、日吉駅で東急東横線・目黒線・都営地下鉄三田線・東京メトロ南北線との相互直通運転をそれぞれ行う予定である。
神奈川県の東部方面を結ぶ路線であるが、東京の都心および埼玉県に乗り入れる路線でもあるので、相鉄では「都心直通プロジェクト」 と銘打っている。
相鉄とJR東日本との接続点（共同使用駅）は羽沢横浜国大駅となる予定である。JR東日本と東京メトロ以外の首都圏大手私鉄の通勤列車が東京メトロを介さず直接直通運転する事例は史上初めてとなる。
相鉄と東急との接続点については、仮称・新横浜駅となり、同駅を境に西谷駅方面は「相鉄新横浜線」、日吉駅方面は「東急新横浜線」と線名も変わり、運賃についても各社のものが適用される予定である。同駅の設置により、相鉄・東急とも史上初めて「自社の路線と新幹線とが直接連絡する駅」が設置されることとなる。
相鉄方面の直通列車のうち、武蔵小杉駅と渋谷駅については、駅の位置は違うものの、JR東日本直通列車と東急直通列車（武蔵小杉駅はそれに加えて都営地下鉄・東京メトロ直通列車も経由）との両方が経由する予定である。
2019年（平成31年）3月28日、JR・相鉄直通線の開業は同年11月30日であると発表された。
相鉄・JR直通線
JR側の乗り入れ路線は、羽沢横浜国大駅から、横浜羽沢駅の東京側で東海道貨物線に入り、鶴見駅（貨物線にはホームがないため通過）からは横須賀線と並行する品鶴線複々線の貨物線（線路戸籍上は武蔵野線貨物線・南武線尻手短絡線との重複区間でもある。新川崎駅も貨物線にはホームがないため鶴見駅と同様に通過）を経て新鶴見信号場の先で横須賀線に合流、武蔵小杉駅、大崎駅を経て、渋谷駅・新宿駅に至る。なお、横浜羽沢駅 - 新宿駅間で東海道貨物線経由の「おはようライナー新宿」・「ホームライナー小田原」と同じルートである。
2019年9月6日に開業時点での詳細なダイヤが発表されたが、いずみ野線への直通列車の設定はなく、新宿以北の池袋方面および埼京線・川越線への乗り入れも朝ラッシュ時のみとなった。なお、開通時点では相鉄車は通常時では新宿までの乗り入れとする。
品川・東京方面・上野東京ラインへの乗り入れ
相鉄では2013年（平成25年）12月より、神奈川県や横浜市の要請もあり、新宿駅乗り入れとは別途、東海道線品川駅以北・上野東京ラインを介した宇都宮線・高崎線・常磐線方面への乗り入れも検討していることが発表された。
また、2016年（平成28年）9月には、横浜市長の林文子などが、品川 ・東京方面および上野東京ラインへの乗り入れの具体的な検討を相鉄とJR東日本に対して要請する考えを示していたが、2018年（平成30年）12月11日に開催された横浜市議会の答弁で、接続する横須賀線等の運行が高頻度および路線の設備上、多方面へ向かう運行本数の確保が困難であるのを理由に、開業当初は渋谷・新宿方面および前述の埼京線・川越線への列車のみが設定され、品川・東京および上野東京ライン方面への列車設定が当面は設定しないことを明らかにした。
相鉄・東急直通線
東急側の乗り入れ路線は、日吉駅付近で東急の線路に合流し、東横線渋谷駅（東急）方面と目黒線目黒駅方面へ向かう2系統の列車が運行されるとしている。
東横線側については、終着駅である横浜駅から横浜高速鉄道みなとみらい線との相互直通運転を実施している。東横線とみなとみらい線は、ほぼすべての列車が相互直通運転を行うなど事実上一つの路線として一体的な運用を行っている。さらに、2013年（平成25年）3月16日からは、もう一方の終着駅である渋谷駅で東京メトロ副都心線およびその先の西武有楽町線・西武池袋線（臨時で西武狭山線にも直通。その後西武秩父線にも西武車に限り乗り入れを開始）と東武東上本線との相互直通運転も開始した。ただし、副都心線に相互直通する各社（直接的に路線が接続していない横浜高速鉄道を除く）では、東武と西武では相鉄への直通を行わないこととなっている上に、残る東京メトロと東急についても、本路線への乗り入れについて言及をしておらず、（東急）渋谷以北への乗り入れの是非は明らかになっていない。
目黒線側については、横浜市開催の都市計画市素案説明会（2010年〈平成22年〉）において、相鉄・東急直通線の朝ラッシュ時毎時14本の運行本数について、東横線4本程度・目黒線10本程度を想定していることが明らかになっており、それ以上の運行も検討されている。副都心線に相互直通する東横線側の各社とは異なり、目黒線側は目黒駅以遠の東京メトロ南北線・埼玉高速鉄道線・都営地下鉄三田線への乗り入れについても各者（東京都交通局が民間鉄道事業者ではないため、同事業者の公式で使用する「者」と記述する）において検討が既にされており、このうち都営地下鉄三田線および東京メトロ南北線については乗り入れを計画段階にまで進めている。
相鉄の公式ウェブサイトで掲載している都心直通プロジェクト内における「完成後の効果」という項目において、相鉄・東急直通線に限ると、相鉄線と都心間の所要時間の試算は目黒駅方面のみが公表されていたが、2010年（平成22年）に横浜市が発行した計画概要には全区間が東急の営業区間となる新横浜駅から渋谷駅（東横線）への所要時間も記載されてはいる。ただし相鉄新横浜線・東急新横浜線方面への乗り入れ計画は、2018年12月1日時点で各事業者共、相鉄・東急・および東京都交通局・東京メトロ4者間での直通列車の日吉以北の運行系統についての公表をしていない。
二俣川 - 平塚間
二俣川 - 平塚間については、事業主体が決定していなかったところ、相鉄が免許を取得し、1976年（昭和51年）から1999年（平成11年）にかけていずみ野線として二俣川 - 湘南台間を開通している。湘南台 - 平塚間については現在も相鉄が延伸免許を保持しているが、実現する見通しはまだ立っていない。そのため、本格的な着工に向けた協議は同線内における通過運転実施もしくは本路線完成前後になる予定である。
東京都心・埼玉県方面 - 二俣川間
かつて、運輸政策審議会の第7号答申および第18号答申による「神奈川東部方面線」として、相鉄がいずみ野線を二俣川駅から延伸して新横浜駅までを建設し、東京急行電鉄（当時）が大倉山駅方面から新横浜駅まで建設する新線と接続して相互乗り入れを行う計画が持ち上がったが、計画は長らく進まなかった上、バブル崩壊のあおりも受け、計画は事実上停止した状態であったが、21世紀に入り、それが実現に向けて再び動き出した。
相鉄は当初、神奈川東部方面線という計画について、ターミナルである横浜駅の乗客が減少するという致命的な理由を始めとするいくつかの問題点からこの計画に乗り気ではなかった。しかし、少子高齢化による乗客数の減少という将来を見据えて考えを一転させ、東京都心および埼玉県方面への乗り入れに対して意欲的な姿勢をとるようになった。そして、2004年9月、路線の利便性を高めるために横浜駅を経由しないJRとの直通運転計画に踏み切ることになった。
相鉄とJRの計画は、神奈川県や横浜市が計画していた「神奈川東部方面線」に近いものであったが、新横浜駅を経由しないため、新たな計画が実現した場合に期待される効果は、県央部から都心への時間短縮効果のみであった。そのため、県や市は「そのままの計画では効果が薄い」として計画に介入を行った。さらに、この計画が実現すれば横浜駅で相鉄から東横線に乗り換えて東京都心へと向かう乗客をJRに奪われることを危惧した東急が2005年度末頃から計画に参加することになる。その結果、相鉄とJRの直通運転の計画を据え置きつつ、さらにこれを延伸するという形で費用は増えるものの新横浜駅を経由した東急との直通運転も行うということで得られる効果がより多い「神奈川東部方面線」として整備して行くこととなった。
その後都営地下鉄が相鉄への乗り入れ計画を表明し、さらに2019年には東京メトロもまずは南北線を相鉄に乗り入れる意向を示したことで、運輸政策審議会の答申内容からは若干変わっているが、「神奈川県央部と新横浜駅から東京・埼玉方面を乗り換えなしでつなぐ」という目的は変わっていない。
この計画に従って、2006年（平成18年）5月25日に西谷 - 横浜羽沢間については相鉄が単独で、日吉 - 横浜羽沢間については相鉄・東急が共同で、それぞれ国土交通省に都市鉄道等利便増進法に基づく「営業構想」の認定を申請した。また、鉄道・運輸機構も同日に西谷 - 横浜羽沢間および日吉 - 横浜羽沢間の「整備構想」の認定を申請し、同年6月9日に西谷 - 横浜羽沢間が、23日に日吉 - 横浜羽沢間がそれぞれ営業構想および整備構想の認定を受けている。
そして11月21日に西谷 - 横浜羽沢間の速達性向上計画が国土交通大臣に認定され、同日提出された日吉 - 横浜羽沢間の速達性向上計画も2007年（平成19年）4月11日に国土交通大臣に認可された。10月にはまず西側の相鉄新横浜線建設についての沿線住民向け事業説明会も開催され、本路線の着工に向けた具体的な計画が進行、相鉄新横浜線について2009年度中の着工を目指すと発表され、前述の通り相鉄・JR直通線は2009年（平成21年）10月20日に国土交通省から工事施工認可を受けている。さらに東急新横浜線の綱島駅については、同駅東側にある綱島街道の真下に新綱島駅を設置する計画に変更した。
西谷駅から横浜羽沢駅付近までの連絡線は、当初2005年に着工し、2010年頃に開業する予定とされていたが、前記の通り東急との相互直通運転計画が浮上したこともあり、JRとの相互直通運転は2015年4月を目処に開始することとしていた。しかし、工事の遅れなどを理由に2013年4月23日には鉄道建設・運輸施設整備支援機構が2018年度内の開業に延期すると発表、さらに2016年8月26日に2019年度下期への再度の延期を発表した。なお、東急との直通線における開業時期についても2022年度に延期した。
本路線が完成すると、相鉄のターミナル駅である横浜駅を経由しなくても、直接相鉄沿線から東京都心方面へ向かうことができるようになるため、同駅を含めた横浜駅 - 西谷駅間の利用者の減少が予想されているが、その一方で、横浜 - 西谷間利用者の減少分を考慮しても、新線区間や、乗り入れるJR東日本・東急・都営地下鉄・東京メトロ方面からの流入客の方が多いと需要予測されており、相鉄の路線全体では逆に利用者が増加することが見込まれている。一方で、横浜方面への利便性の確保策については、JR直通線開業時でのダイヤ改正で一部の優等列車種別を西谷駅に停車させる方策を採り、また本路線経由・従来の横浜駅経由のどちらでも利用可能な定期券の販売などを検討している。
JR東日本では、過去に川崎市の貨物線（武蔵野南線）の旅客化構想に多額の追加費用が掛かることから、難色を示した経緯があった（並走路線として川崎縦貫高速鉄道線が計画されていたが、これも事実上の中止となった）が、この計画により貨物線を経由した相鉄との直通を実現させる運びとなった。なお、相鉄・東急直通線の計画は、両社ともに公式発表し、2019年までに東京都交通局および東京メトロからも一部が発表されているが、相鉄・JR直通線の計画については、2018年12月末の時点では相鉄とJR東日本との間で行われた乗り入れ区間と主な運行予定に関する協議内容が報道されていたに過ぎなかった（ただしそれ以前にJR東日本が発表した「グループ経営ビジョン2020 -挑む-」12ページ目には相鉄との直通運転を行う旨が僅かながら掲載されていた）ものの、前述の通り2019年度に入り急速に具体化し、同年11月30日に開業することを決定している。