前年の『あゝ決戦航空隊』以来二度目の岡田社長を本部長とする特別動員対策本部が設置され、「乗客の救出シーンのアイデアを一般から募集します」、「夢の超大作」などと広告を打ち、小中高校生などに標的を合わせた大宣伝キャンペーンがなされた。国鉄vs.東映が少し前までお互いプロ野球チームを持っていたことにかけて「珍オープン戦」などと当時の週刊誌に盛んに取り上げられ、宣伝効果はかなりあった。「爆弾を仕掛けられたひかり109号が、浜松駅を通過と同時に平均時速を84キロに落とした。残り919.4キロの博多駅まで何時間かかるか？」というクイズを出したら、二万六千通の応募があり、数秒出演した多岐川裕美が銀座の東映本社で抽選会に臨み、「約11時間」と正解した中から当選者を選び、東京の小学六年生が一等になり、撮影に使ったミニ新幹線が贈られた。国鉄はたぶん映画は出来ないだろうとタカをくくっていたが、東映が大掛かりなセットを組んで撮影を始め、国鉄自慢の新幹線を爆破するとあって「こりゃいかん」と驚いた。公開直前の1975年6月23日に国鉄の山崎忠政広報部長から東映に抗議文書が送り付けられた。抗議内容は「十数年前の『天国と地獄』を観た者が、映画同様のテクニックで誘拐殺人事件を引き起こしたことがある。『新幹線大爆破』については、当初から、この設定が大きな社会不安をもたらすことを危惧して、口頭で中止を申し入れたが、再度この映画の上映計画を中止することを強く要望する」というもので、国鉄サイドとしては、下手に騒いで宣伝上手の東映に逆手に取られてはと心配して一時沈黙していたが、もう我慢ならないと判断したといわれる。国鉄や公安関係者は苦々しく感じていたという。東映は既に5億3,000万円もの制作費を投入しており、「冗談じゃない。中止などできるもんですか。国鉄サンが協力してくれないからミニチュアを作って撮影したんですから。社会不安を惹起するかどうかも充分に検討した上なんだから」などとカンカンに怒った。また本気の抗議書なら藤井松太郎国鉄総裁発東映岡田社長行きじゃないと意味がないんじゃないかと、形式上のことだろうと推察された。しかし国鉄は「東映さんには、よく考え、反省して頂きたい」と凄み、東映のポスターを全国の駅から締め出し、ミニチュアの新幹線や駅は肖像権侵害で告訴も辞さぬと脅した。正規班、B班、特撮班で目一杯カメラを回したため。尺が膨大になり、編集作業に手間取り、最後の一週間は二班体制でほとんど徹夜。完成が封切の2日前までずれ込んだために、試写会も開催できなかった。マスメディアもこの奇妙な新作をどう取り上げていいのか分からずに右往左往していたといわれる。予告編では千葉真一が茶・白の縦縞ジャケットを羽織り、新宿副都心にいる姿だった。これは1974年の映画『直撃! 地獄拳』のワンシーンの流用である。全く無関係のシーンを予告編に使ったため、千葉が新幹線・ひかり109号運転士の青木役とはとても予想できるものではなかった。志穂美悦子と多岐川裕美も全く違う役柄でワンシーンのみ登場。撮影遅延により、予告編は未撮影部分を他の作品から拝借する反則気味のコラージュが多用され、実際に観たら「全然違う」とガッカリする客も多かった。予告編のBGMには、本作の一部と、『解散式』と『仁義の墓場』の一部が使われている。邦画では珍しいパニック系アクションの製作ということもあり業界からも注目を集め、前評判は高かった。しかし、タイトルを理由として新聞への広告も拒否され、宣伝が十分に行き届くことがなかった。本作のみの1本立て興行ではなく、「ずうとるび」のドキュメンタリー風中編映画『ずうとるび 前進!前進!大前進!!』との2本立て興行だった。『ずうとるび-』との併映は10代の映画ファンの興行への影響力が大きくなったのを見た岡田が、この年からメインの併映は「青春路線」で行くと発表していたからである。製作費を注ぎ込んで第一級のサスペンス映画に仕上げながら、任侠路線が色濃く残る東映のイメージもあいまって、国内興行は成功を収められなかった。内容もミスばかりする警察とは対照的に、国鉄マンの判断力も責任感のある男として描いていたため、当時全国に40万人いた国鉄職員とその家族が観てくれるのでは、と東映は期待していた。同年に企画段階で頓挫した作品の穴埋めとして急遽製作・上映された『トラック野郎・御意見無用』の配給収入5億3000万円に対し、『新幹線大爆破』3億円と及ばなかった。都心ではまずまずの入りだったが、新幹線に縁のない北海道や東北地方（当時）の客入りは悪く、大阪などでは途中打ち切りに遭い、当時の週刊誌誌上では「1975年3月の山陽新幹線の博多開業に合わせて公開しようとした便乗企画」などと書かれたが、山陽新幹線の通る西日本地域においても「サッパリだった」という。一方、『キネマ旬報』の読者選出ではベストワンに選ばれるなど、観た人は面白さを評価し、作品の評価そのものは非常に高かったためにマスメディアで様々な敗因の考察がなされた。東映営業部では「映画の内容がハイブローすぎてヤクザ映画とポルノが好みの東映ファンにソッポを向かれた」「題材がリアル過ぎた」などと分析。客層はいつもと違いホワイトカラーと女性客が圧倒的で、東映本来の客は来ず、頼みのオールナイト興行は閑古鳥が鳴いた。監督の佐藤は、公開8ヶ月後の1976年3月26日に福岡市で開催された『キネマ旬報読者選出ベスト・テン表彰式』で「題名がどぎつ過ぎたこと、東映のミニチュアに信頼が低かったこと、『タワーリング・インフェルノ』にぶつかったこと、一般にクチコミでお客が増えるのは三週目なのに、その三週目に打ち切らざるを得なかったこと、封切り4日前に完成し試写ができなかったこと」を挙げ、後年のインタビューでは「あの当時の新幹線ってやはり華やかなもので日本人は誇りを持っていたから、それを爆破しようとする映画は見たくないという気持ちになったかもしれない」と述べた。脚本の小野竜之助は「ミニチュアを使った特撮を東映が大々的に宣伝し、トリックだとネタばらししたのがまずかった」「アイドル映画とくっつけないで、一本立てにしていたら結果は違った」などと話し、黒井和男も同様に「ミニチュアを派手に使って宣伝したポイントのズレが足を引っ張ったと思う」とのコメントを残している。アメリカのパニック映画の国内進出を受けて立つという製作意図であったが、同時期公開された『タワーリング・インフェルノ』の全国県庁所在地では全部二館以上上映、総数180館という前代未聞の拡大方式による攻勢により、本作も含めて東宝の『動脈列島』、松竹の『おれの行く道』などの日本映画は観客を持っていかれ、『タワーリング・インフェルノ』は、それまでの『エクソシスト』27億円の二倍以上に当たる当時史上最高の興行収入を記録した（62億円）。『新幹線大爆破』は製作費が高かったため、国内興行では1億円、約二億円、二億円の赤字を出し、「大金を投じて開発した新路線の第一弾が大脱線」などと揶揄され、岡田社長は「もう大作はこりごり」「もう東映ファンに嫌われる企画は出さない」などと、敷いたばかりの大作路線からの撤退を表明した。本作公開の後、岡田企画だった『実録三億円事件 時効成立』の打ち合わせで、岡田宅を訪れた坂上に岡田は「『新幹線大爆破』は俺の売り方が悪かった」と謝ったという。1975年度キネマ旬報ベストテン第7位、読者選出第1位。1975年は和製パニック映画『新幹線大爆破』、『東京湾炎上』、『動脈列島』が封切られ、キネマ旬報は、他2作は惨敗、唯一『新幹線大爆破』が及第点だったと評価している。1978年に『月曜ロードショー』（TBS系）で最初のテレビ放映があり、1980年代以降、同作品のビデオレンタルやテレビ放送がされるにつれ、劇場公開に間に合わなかった若い世代が本作に熱狂し、日本でも徐々に再評価されるようになった。