飯能駅で運転系統は二分されている。飯能駅から吾野駅方面に進行するには方向転換が必要となるため、一部の特急や快速急行など、飯能駅以西への直通列車は、同駅で進行方向を変えて東飯能駅へと向かう。吾野駅方面へ進路をとると、所沢方面の複線の線路と分岐して単線となり、北向きに急カーブで進路を変え、東飯能駅に入る。ホームの西側には線路一本分の土地があり、飯能短絡線（前述）との合流用とされていた。今後この土地を使う予定は無い。東飯能駅は八高線との乗り換え駅だが、飯能駅より圧倒的に利用者が少ない。その上西武とJRの改札は分離されていて、乗り換えるにはいったん改札を出なければならない。平日の朝夕ラッシュ時には八高線との乗り換え客で賑わうが、土曜・休日・平日早朝にはハイキング客が改札を出入りする光景も見られる。東飯能駅を出ると線路は再び急カーブとなり、北西に進路を変える。カーブを抜けてすぐのところにある北飯能信号場から再び複線となる。武蔵丘信号場から線路は再び単線となり、武蔵丘車両検修場に分岐する。この区間が複線なのは武蔵丘への回送列車が通るために運転本数が多くなるからである。吾野駅に到着する直前に池袋線では唯一のトンネル・鎌倉坂隧道 (223m) を通る。なお同区間は発車メロディの設備がないため、車掌乗務列車では車掌の手笛による出発合図が行われる。
小手指駅を出た列車は、右側に小手指車両基地を眺めながら進む。ここまで来ると車窓には武蔵野の面影残す雑木林や畑が住宅に混ざって見えてくる。また、天気のいい時には富士山が望めることがある。貨物輸送時代の側線を残す狭山ヶ丘駅構内でカーブして進路を北に変える。この側線は、深夜に車両を留置するのにも使用されている。ほどなく対向式ホームの武蔵藤沢駅が見えてくる。武蔵藤沢駅構内は、通常のバラスト軌道ではなく、コンクリートの軌道で敷設されている。駅舎改良工事と共に、駅前は再開発された。武蔵藤沢駅を出発し国道463号（行政道路）の建武橋の下をくぐり過ぎると、ひたすら航空自衛隊入間基地（とその跡地）の中を通り抜ける。車窓東側には、自衛隊の航空機を多数眺めることができる。かつてはここに、自衛隊への物資輸送のための、下原駅という貨物駅が設置されていた。稲荷山公園駅は狭山ヶ丘駅と同様にホームが大きくカーブしている。稲荷山公園駅を出発するとほどなく入間市駅に到着する。毎年11月3日の入間航空祭開催時は当駅折り返し列車が運行される。なお、入間市駅には上下線間の亘り線が存在しないため、折り返し列車は次の仏子駅の中線を利用して折り返している。また、米軍ジョンソン基地（現入間基地）跡地の影響により、入間市駅を過ぎるまでは市街地を一望できない。
所沢駅を出ると緩い坂を上り、右へ大きく曲がり、すぐに新宿線を跨いで、急カーブが続く。ちなみにこのあたりのカントは結構きつい。カーブが終わると次の西所沢駅までは直線が続く。この辺りは住宅街である。埼玉県道55号所沢武蔵村山立川線の踏切（所沢10号踏切）を過ぎてすぐ、西所沢駅に到着する。西所沢駅は狭山線の分岐駅で、駅東側の踏切の手前から分岐が始まっていて、複雑な分岐器が連続し、埼玉県道55号所沢武蔵村山立川線の踏切には4本の線路が交差している。同線のホームは曲がっており、すぐに南方に分岐する。同駅を出るとガードがあり国道463号と立体交差し、非常に緩いS字カーブを走る。さらに東川を越えるとこの付近には六所神社や住宅街、畑が広がる。S字カーブが終わると上新井の大踏切（西所沢6号踏切）から小手指駅までは直線である。近年線路下に新所沢駅から国道463号所沢入間バイパス（小手指バイパス）につながる新所沢駅前通り線が立体交差で開通した（上新井跨道橋）。
ひばりヶ丘駅を出ると右にカーブし、落合川を渡る。次の東久留米駅まで住宅街がほとんどで、この区間は緩やかな下り勾配になっている。東久留米駅を出ると、黒目川の橋を渡り、林や畑や住宅などの間を通り、埼玉県新座市に入り野火止用水を渡る。保守用の引き込み線が見えるとカーブし、新小金井街道を渡り、変則な2面4線構造の清瀬駅に到着する。黒目川の河岸段丘をこえるため、東久留米駅から野火止用水まで直線で上り勾配になっている。次の秋津駅までの間は直線が続き、沿線は住宅街や畑がほとんどである。空堀川を越えしばらくすると秋津駅に到着する。秋津駅を出るとすぐに武蔵野線と交差し、マンションが見えてくるとカーブする。そして、柳瀬川を越えると新秋津駅付近からのJR連絡線と併走状態になり、所沢駅まで3線区間になる。カーブを抜けた後は広い丘やゴミ焼却場の煙突が見え住宅街を走る。大きな団地群が見え、所沢陸橋をくぐるとかなり大きな左カーブを曲がる。曲がるとすぐに右側に新宿線の線路が見え、所沢駅に到着する。所沢駅も現在改良工事中である。
水内は1995年3月に早稲田大学理工学部機械工学科を卒業。同年4月に東京大学大学院へ進学し、井上博允が教授、稲葉雅幸が助教授を務める情報システム工学研究室に所属。腱駆動・筋骨格構造のロボットの研究開発に取り組む。修士課程を修了後、水内は博士課程に進学。2000年には日本学術振興会特別研究員に採択され、2002年1月からは博士課程を単位取得退学し、東京大学大学院情報理工学系研究科が科学技術振興調整費で設置した「創造的ソフトウェア人材養成プログラム」の特任助手に就任する。同年3月には博士（工学）の学位を取得する。引き続き筋骨格ヒューマノイドロボットの研究を続け、全身を持つ超多自由度筋骨格ロボット「小太郎」を1年程で開発する。「小太郎」は2005年に愛・地球博のプロトタイプロボット展に出展され、その技術やデザインが注目を集めた。2006年には、水内は知能機械情報学専攻講師に就任。「小太郎」の後継にあたる「小次郎」を開発するとともにロボットシステムやキッチンアシストロボットの研究にも携わっている。2009年3月、東京農工大学に准教授として栄転、「水内研究室」を構える。農工大では農学部と連携したロボットの農業応用にも取り組み、植物のロボット化として「プラントロイド」を開発したり、専門書の分担執筆を経験したりし、講演会にも講師として呼ばれている。また、空気圧を用いた跳躍ロボットやスイング動作の解析など、ロボットの動的制御に関する研究も実施。ホームアシストロボットについては、天井にカメラを付けて片足大のロボットが玄関を片づけるロボットを開発し、さらには人間の主観に着目したロボットの知能に関する研究にも取り組んでいる。