2003年11月30日までは基本的に京王相模原線橋本駅発着の列車が京王電鉄の車両を使用（朝ラッシュ時および夜間の一部をのぞく）、新宿駅・笹塚駅折り返しの列車が都営地下鉄の車両の使用と分けられており、京王電鉄の車両で運行する各駅停車は朝と深夜のみであったが、翌12月1日の改正でこの区別がなくなり、日中の本八幡駅 - 新宿駅・京王線笹塚駅間の線内運用の列車にも京王電鉄の車両が使用されるようになった。2006年9月の改正で京王車の大半が10両化されたために、再び橋本駅発着の列車が一部をのぞいて京王電鉄の車両、新宿駅・笹塚駅・つつじヶ丘駅折り返し列車が都営地下鉄の車両と分けられるようになった。また、笹塚駅の引き上げ線2本のうち1本が10両に対応できなかったため、笹塚駅折り返しの運用はすべて都営車8両編成の運用であった（ただし、ダイヤが乱れた場合には10両編成の車両が充当されることがあり、その際は10両対応の引き上げ線に入っていた）。その後の直通本数の増加、2010年12月5日の笹塚駅の引き上げ線の8両編成対応だった引き上げ線の10両編成対応工事の終了に伴って、限定は解除されて、相模原線発着の列車の一部に都営地下鉄の車両の8両編成、土休日朝の高尾山口行きに都営地下鉄の車両の運用があるほか、京王電鉄の車両による笹塚駅・新宿駅 - 本八幡駅間折り返し列車も設定されており、笹塚駅発着の10両編成の運用も都営・京王を問わず存在する。
共に京王線に直通し、新宿線内は各駅に停車していた。2013年2月22日のダイヤ改定より、京王線内の種別を都営新宿線内で種別として表示しなくなり、各駅停車に統合されたため、都営新宿線内の種別としては廃止となった。
2015年9月25日のダイヤ改正以降は、次のような運行体制になっている。平日・土曜・休日問わず、早朝（急行列車の運行時間帯まで）や深夜（21時ごろ以降）の時間帯は、主に京王線笹塚駅 - 本八幡駅間の運転となる。なお、数は少ないながらも京王線内橋本行きの列車もある。なお、橋本駅発本八幡方面行きは平日の急行運行時間帯前にも京王線内急行・区間急行の列車が橋本駅・若葉台駅発本八幡駅行きとして運転する（一部列車は大島駅止まり）。2018年2月22日の改正で、平日早朝に、新たに本八幡駅 - 京王八王子駅間の全区間各駅停車が1往復設定された。京王八王子行きは都営車での運用である。昼のパターンダイヤでの急行運転の時間帯（平日は10時-16時ごろ、土曜・休日は8時-18時ごろ）は、60分間に9本あるうち、6本（20分に2本）は京王線橋本駅 - 本八幡駅間の運転で、橋本駅発着列車のうち3本（20分に1本）は京王線内快速、残り3本は京王線内区間急行として運行される。京王線内で快速の列車は瑞江駅で、京王線内で区間急行の列車は岩本町駅で、急行の通過待ちがある。残りの3本は、新宿駅 - 本八幡駅間での運転となる。新宿駅 - 本八幡駅間で運行の列車は、途中駅での急行通過待ちはなく、新宿駅では笹塚駅発着の急行に連絡する。なお、土曜・休日の急行運転終了後の夕方（18時-21時頃）はおおむねこのダイヤが引き継がれ、新宿駅発着の列車が笹塚駅発着になる。平日の夕方は、20分間隔で多くの列車が橋本駅・高尾山口駅までの直通となる。なお、京王線内では、橋本駅発着列車は京王線内急行、高尾山口行きは京王線内調布駅まで区間急行・調布駅から各駅停車となる。ただし、早朝の橋本駅行きや平日の深夜の高尾山口駅発にはそれぞれ1本だけ橋本駅・高尾山口駅 - 本八幡駅間の全区間を各駅停車で運行する列車も存在する。2018年2月22日のダイヤ改正で、八幡山駅発着列車は笹塚駅発着に短縮された。
さらに翌1993年1月場所では、11勝4敗の成績で20歳5か月の若さで大関まで上り詰め、父と同じ貴ノ花に改名する。次の5月場所では14勝1敗の成績で3回目の優勝を果たし、翌7月場所で初の綱獲りとなったが、千秋楽に13勝2敗で曙太郎・兄若ノ花らとの優勝決定戦に進出した。しかし曙は若ノ花を押し倒し、貴ノ花を寄り倒して破り、貴ノ花は優勝同点留まりに。その後日本相撲協会から横綱審議委員会への諮問が無かった為、横綱昇進はならなかった。この時横綱昇進を果たしていれば20歳11ヶ月での横綱昇進となり、北の湖の記録である21歳2ヶ月での昇進より早いスピード横綱昇進記録1位の座を射止めていたことになる。続いて9月場所は初の全勝優勝を狙った曙を千秋楽で下して阻止。曙に次ぐ12勝3敗の優勝次点で綱獲りを再び繋いだが、翌11月場所は体調不良により7勝8敗と負け越して綱獲りは完全に消滅。1994年1月場所では21歳5か月での大関角番も史上最年少の記録となった。初の角番だった1月場所では14勝1敗で4回目の幕内最高優勝で復活。同年の3月場所で綱獲りを再び期待されるが、11勝4敗で優勝を逃し綱獲りは失敗。5月場所では14勝1敗の成績で5回目の幕内最高優勝を果たすが翌7月場所では11勝4敗に終わり、またしても綱獲りは失敗に終わった。次の9月場所では初の全勝優勝、同9月場所後に相撲協会は横審委員会に貴乃花の横綱昇進の打診をしたものの、「『大関で2場所連続優勝』の内規を満たしていない」との理由から見送られた。それでも、貴ノ花から「貴乃花」と改名して迎えた翌11月場所でも他を全く寄せ付けず、双葉山以来の「大関で2場所連続全勝優勝」を果たした。先場所からの30連勝も達成し、ようやく横綱昇進を確実とした。横綱昇進を飾った曙との1番は、曙の立合い右からのエルボースマッシュのようなかち上げに動じず左四つに組み止め一気に寄り切り、右小手投げでこらえて大相撲となり、49秒の死闘の末に最後は曙が左四つからがむしゃらに寄ったが、土俵際、貴乃花が右上手投げで逆転した。