本路線最初の区間（駒込駅 - 赤羽岩淵駅）の開業時には、他路線との接続がないことから、9000系車両は最初に綾瀬検車区に搬入し、受取検査・整備等を実施、その後千代田線で性能確認のための試運転を実施した。そして、綾瀬検車区よりトレーラーで王子検車区まで道路輸送をし、同検車区でクレーンを用いて地下の南北線へと搬入された。（4両編成で搬入された第01 - 08編成が該当する）営団地下鉄で、道路輸送・クレーンによる地下への車両搬入は1964年（昭和39年）に東西線の最初の開業区間である高田馬場 - 九段下間開業時以来、27年ぶりである。なお、1995年以降に増備された2次車以降は次に述べる連絡線を経由して搬入された。市ケ谷駅の四ツ谷寄りに有楽町線との連絡線が存在する。南北線や埼玉高速鉄道の車両が点検整備のために新木場CRや、さらに有楽町線桜田門駅から千代田線霞ケ関駅へ向かう連絡線を経て綾瀬工場へ向かう場合に使われる。また、東京湾大華火祭での新木場行臨時列車や半蔵門線の8000系車両の新木場CRへの回送にも利用される。東急東横線と副都心線の直通運転開始前の関連各社の試運転用車両の回送も、この連絡線を介して行われた。
どの列車がどの車両で運転されるかは列車番号で判別できるようになっており、列車番号末尾アルファベットの「S」が東京地下鉄車両（30S - 78Sの偶数番号）、「M」が埼玉高速車両（80M以降の偶数番号）、「K」が東急車両（01K - 29K）となっている（「T」は都交通局車両で31T以降の奇数）。また、列車番号が6桁の数字で組み立てられる目黒線内では上3桁が運用番号を表し、300番台は東京メトロ車両、500番台は埼玉高速車両、200番台は東急車両となっており（400番台は都交通局車両）、例えば「30S」は目黒線内は「330」となる。一般の利用者は列車番号を『MY LINE 東京時刻表』（交通新聞社）の列車番号欄で確認することができる。乗り入れ計画を有する相鉄車両の記号は未定である。なお、東急車両の運用は三田線運用と南北線・埼玉高速線運用とで別々に組まれ、奇数番号が三田線運用、偶数番号が南北線・埼玉高速線運用となっている。また各社局間の走行距離調整の関係上、埼玉高速車両と東急車両は目黒線に乗り入れない列車（白金高輪折り返しなど）にも使用されている。また2015年3月改正ダイヤでは、東京地下鉄車両は1本が東急の奥沢車庫で夜間留置となる「外泊運用」が組まれている。
四ツ谷駅延伸開業を控えた1996年（平成8年）2月3日日曜日（休日ダイヤ運転日）より4両編成から6両編成での運転を開始した。当時の駒込駅 - 赤羽岩淵駅間のダイヤでは休日ダイヤでの運用本数が最も少なく、終日4本運用であった。そこで、2月3日から新規開業用に6両編成で新製した第09 - 13編成と4両から6両編成化した予備車両を用いて営業線用の車両を6両編成に置き換え、4両編成の車両は6両編成化の組み換え後に、順次営業運転に復帰させるという形がとられた。なお、当初の予定では目黒駅への延伸開業時に8両編成化をする計画であった。しかし、当初の利用者数の見込みが53万人であったのに対し、全線開業時の利用者数が半分以下の26万人程度と想定を大きく下回ったため、8両化に難色を示し、需要動向や運転計画の見直しを行い、当面は6両編成で運用することとなった。なお、2019年3月の時点では南北線の8両編成車は2022年度の運行開始が予定されている。
1940年8月19日、オランダ購買委員会（Netherlands Purchasing Commission , NPC）は、ジョンソンが銃器の改良のため設立したジョンソン・オートマティクス社（Johnson Automatics, Inc.）と、10,200丁のジョンソン小銃および515丁のジョンソン軽機関銃を購入する契約を交わした。間もなくして10,200丁が追加発注され、合計20,400丁がオランダ向けに製造されることとなった。ジョンソン社は製造設備を保有していなかったため、クランストンの繊維工場を買収し、クランストン・アームズ社（Cranston Arms Company）が立ち上げられた。オランダ向けのジョンソン小銃はオランダ領東インド陸軍および海軍向けの装備として配備されることが想定されていたが、まもなく日本軍の侵攻（蘭印作戦）が始まったため、現地に届いたジョンソン小銃はわずか3,000丁程度だった。同時期、アメリカ海兵隊では落下傘部隊（パラマリーンズ）向けの装備として、銃身の着脱が容易なM1941に注目し、NPCにて在庫となっていたものを購入している。これらのジョンソン小銃は太平洋戦争初期の日本軍との戦いで使用された。実際にM1941を使用した海兵隊員からは、フィールドストリップの方法が複雑で、また小さな部品が多いため紛失しやすく、ガーランド小銃ほど交換部品の調達が容易ではない点が問題視された。一方、弾倉に途中給弾が行えること、長距離射撃時の精度に優れること、射撃時の反動が小さいことはガーランド小銃と比べた時の長所とされた。1945年の硫黄島の戦いにて名誉勲章受章者となったロバート・ヒューゴ・ダンラップ海兵大尉は、製造番号A0009のジョンソン小銃を愛用していたと伝えられている。ダンラップはジョンソン小銃を「これまで作られた中で最も射撃精度に優れた小銃」と評していた。また、日本軍の狙撃手が小銃を手にしているか否かで士官を識別していると言われていたことから、狙撃手の標的になることを避けるべく、ジョンソン小銃を常に携行していたという。ダンラップは2000年に死去するまで自宅にこの小銃を保管していた。大戦末期にパラマリーンズが解散すると、M1941は大部分がNPCへと返還された。最終的な製造数は21,988丁で、オランダによる発注分に加え、1,588丁が追加生産されていた。1944年には、チリ軍向けに7x57mmモーゼル弾（スパニッシュ・モーゼル弾）仕様のモデルを1,000丁出荷した記録があり、これが追加生産分の大部分を占めた。1953年、ウィンフィールド・アームズ社はオランダ政府が保管していたM1941の部品を軍余剰品として購入し、カナダにて組み立てを行った上でアメリカ国内に輸入していた。これらの在庫が枯渇するのは1960年代半ばのことだった。