この区間も仙台圏の都市圏輸送を担う区間であり、仙台駅 - 松島駅・小牛田駅・石越駅・一ノ関駅方面間の列車のほか、仙台駅 - 岩切駅間では朝夕に利府線（利府支線）との直通列車が、仙台駅 - 塩釜駅間では接続線を経由し仙石線・石巻線に直通する仙石東北ラインの快速・特別快速列車も運行される。1時間に1 - 2本の運行であるが、仙台駅 - 塩釜駅間では仙石東北ライン（高城町駅経由石巻駅・女川駅発着）を含めて2-3本程度である（「仙石線#他の路線との直通運転」も参照）。なお、仙石東北ラインは松島駅構内には入らず、その仙台側で分岐する接続線で高城町駅に入る。このほか2015年5月29日まで、仙台駅 - 松島駅間は1時間に3本運行（20分間隔。そのうち半数以上は松島駅発着）されていたが、翌30日の仙石東北ライン開業に伴い、松島駅発着の区間列車は朝1本の松島発仙台行きと夜2本の仙台発松島行きを除いて廃止になり、仙台駅 - 松島駅間では実質的に減便となった。
この区間は、宮城県仙台市の都市圏輸送区間である。宮城県内の通勤通学・仙台商圏の旅客が主体となっており、岩沼駅 - 仙台駅間では、常磐線・仙台空港アクセス線系統の列車も乗り入れている。このほか槻木駅を介して阿武隈急行線と直通する列車も数往復設定されている。基本的に仙台駅が始発・終点となる列車が多いが、東北本線系統・常磐線系統ではラッシュ時に仙台駅をまたいで南北に直通する列車が数本設定されている。以前は、仙山線に直通する列車（2007年3月17日をもって廃止）も少数ながら運行されていた。東北本線系統の1時間の運行本数は白石駅 - 仙台駅間が2 - 3本（昼間約20 - 30分間隔）である。また、岩沼駅 - 仙台駅間では常磐線から乗り入れる普通列車（1時間に1 - 2本）、名取駅 - 仙台駅間では仙台空港線直通の普通・快速列車（1時間に1 - 3本）も運行され、名取駅 - 仙台駅間ではこれらの直通列車を含むと1時間に日中5 - 6本、朝夕は最大10本程度の列車が運行される。
ある雨の夜、暴力団・龍崎組の下部構成員・小林充の刺殺体が発見される。遺体の状況は別の2つの暴力団員殺しと共通性があり、捜査一課では連続殺人として組対四課と合同の大掛かりな捜査会議が行われる。しかし、単純な暴力団内の抗争と見る組対とそれに疑問を持つ姫川・日下率いる捜一は対立し、別々に捜査を進めることになる。その会議後、姫川は小林殺しの犯人は「柳井健斗」であるという密告電話を受けるが、それを捜査しないようにと上司たちに告げられる。柳井は9年前に殺害された柳井千恵の弟だった。警視庁は千恵に性的虐待を働いていた姉弟の父に容疑をかけ追及したが、父は否認したまま署内で拳銃を奪い自殺、しかも死後、容疑は誤認で真犯人は千恵の恋人だった小林ではという疑惑がもち上がった。上層部はこの事件を封印していたが、柳井が復讐で小林を殺したとなれば、この不祥事が世間に明らかになり警察への信頼を揺るがす事態となる。自らの保身を考える長岡刑事部長が、今回の事件を暴力団抗争として処理するようにと和田捜査一課長らに圧力をかけていたのだ。敬愛する和田の進退にも影響することから、橋爪、今泉ら上司たちもこれに追随せざるを得ない。反発する姫川は、自身の班の部下たちを巻き込まないよう、単身捜査を始める。一方、龍崎組の若頭補佐・牧田勲は若頭・藤元の組への裏切りをひそかに追及しながら、連絡のつかなくなった柳井の部屋を訪れたところで姫川と出会う。牧田は不動産会社の社員と身分を偽り、柳井を探す姫川と連絡を取り合う関係になる。そんな中、藤元が何者かに射殺され、連続殺人は4人目となる。やがて、牧田と会っていた姫川、そして菊田は彼の正体を知る。牧田が姫川を抗争に利用していると考えた菊田は彼の元に乗り込むが、姫川への男としての思いを見抜かれ、挑発される。姫川は牧田に柳井との関係を追及し、柳井が情報屋として牧田との付き合いがあったこと、彼が藤元の情報を調べていたことなどを聞き出し、取引用の偽名口座番号を手に入れる。牧田は姫川が抱える心の闇ゆえに自分に惹かれていることを指摘し、二人は雨に打たれる車の中で体を重ねる。姫川を追ってきた菊田は、その情事をただ見つめるばかりだった。姫川の単独行動は長岡の耳にも入り、事件の捜査から外されてしまう。諦められない姫川は勝俣に柳井の口座番号を託し、その調査でアジトが判明する。しかし、柳井はその場所で、一連の殺人が自分の単独犯行だという遺書を残し、遺体となって発見される。ここで姫川の部下たちは彼女に捜査指示を求め、その下に一致団結した姫川班は小林殺しの真実に至る。柳井は牧田の協力で小林に刃を向けたものの殺すことができず、その様子と彼の家族を侮辱した小林の態度に過去の心の傷を抉られた牧田が、自ら小林を手にかけたのである。姫川は独りで牧田に会い、出頭するよう説得する。だがそのとき、牧田の部下・川上が刃物を手に襲いかかり、牧田が刺される。小林を除く一連の殺人は、牧田に心酔するあまり、彼を目の敵にする藤元ら邪魔な者たちと柳井を殺し、全てを柳井の犯行に見せかけようとした川上の暴走によるものだった。牧田は泣き叫ぶ姫川の腕の中で、微笑みながら動かなくなってゆく。事件はそのまま隠蔽（いんぺい）されるかに見えたが、和田が記者会見の席で9年前の事件と連続殺人の関連を暴露し、不祥事の責任を関係者全員が負うと発言したことで長岡の企ては崩される。姫川班のメンバーはそれぞれ所轄に異動となり、彼らの4年6か月の歴史は幕を閉じる。青空の下、異動の挨拶を交わした菊田と姫川はそれぞれの場所へと向かってゆく。