1964年（昭和39年）2月15日、モデル線は西からの上り線と第一熱海トンネル内でつながって、綾瀬 - 三島間77kmが開通した。これをもってモデル線はモデルとしての役割を終えて、当初からの計画通り、東海道新幹線、東京 - 新大阪間の営業路線区間に組み込まれ、モデル線管理区は同年4月下旬に廃された。走行試験は新幹線局運転車両部が引き継いだ。鴨宮基地は、新幹線の鴨宮保線基地として現在も使用されている。
モデル線は比較的温暖な湘南に設けられたことで、唯一雪に対する試験だけは行われなかった。そのため開業初年の冬にいきなり豪雪地帯の関ケ原で運行に支障をきたすこととなり、雪対策としての融雪装置（ポンプ場・パイプライン・スプリンクラー等）を急遽増設しなければならなくなった。
1964年（昭和39年）2月26日、モデル線への侵入者による自殺が発生した。モデル線では轢死を想定した試験として、軌道上に約60Kgのジャガイモを置き風圧で飛ばされないようテープで固定した上で車両を走行させ、潰れたジャガイモの飛散状況を確認しており、その結果を活かして排障器の改良を重ねてきたが、事故をうけて金属板の排障器にゴム製の補助排障器を取り付けることが決まった。また、軌道への立入禁止措置としてのフェンスの上部にさらに有刺鉄線を加設することも決まった。
モデル線のテストを統括するモデル線管理区（管理区長は田中隆造）は1962年（昭和37年）4月20日に開区式が行われ、1962年（昭和37年）6月、鴨宮基地から東方向へ約10kmの生沢までの区間（下り線）が完成したところで、モデル線全区間の完成を待たずに走行試験が開始された。6月26日には十河総裁を迎えて試験運転開始式が行われた。その後、工事の合間を縫って種々のテストが進められ、1962年（昭和37年）10月に全区間約30kmが完成したあとは、200km/hを越え、最終的には250km/hを目指して速度向上試験が進められていった。1963年（昭和38年）3月30日午前9時46分32秒には速度向上試験で256km/hを記録。この速度を達成するには、高速走行時に起きる車両の蛇行動（だこうどう）を克服する台車や超高速に耐えるパンタグラフなど、幾多の技術改良が必要であった。新幹線研究の主体となったのは鉄道技術研究所である。新幹線に導入された技術はすべて「充分に実証された技術の範囲」、「ウェル・プルーブド・テクニーク」ではあったが、それらを結集しても、200km/hを超える列車速度で安定的に走行するまでには、いくつもの課題を乗り越えなければいけなかった。モデル線で見つかった問題点はすぐさまフィードバックされ、改良された装置でまたテストが行われる、その繰り返しであった。モデル線のテストとデータをもとに各設備や営業用量産形電車の仕様も決まっていった。
モデル線区間の軌道では高架橋・盛土・切り取り（開削）の各構造体が混在し、それぞれの特性について観察された。高架橋橋脚では標準仕様となる60センチ四方の角柱以外に、厚さ30センチの板状橋脚（上掲の銘板高架橋写真参照）も採用され、振動・衝撃試験により関東大震災級の地震でも耐えうることを確認し、本線への導入が決定した。また、高架橋区間での走行試験ではバラストを敷かず、スラブ軌道として振動・騒音や軌道そのものへの負荷、雨水排水などを確認した（開業前に全てバラストを充填した）。盛土および切土区間の法面の内、切土面はコンクリート擁壁で統一することが早々に決まったが、盛土面では三和土のような合成土壌を締固め用機械（整地ローラー等）による転圧のみでの露天放置やモルタル塗装、さらに芝やクローバーなど10種類の植生養生も試みられ、その栽培方法も播種と育苗を地植え（直植え）や植生マットを用いてみるなどの試行錯誤が繰り返された。
ただし、光条件は周期決定の上で完全なものではなく、例えば光の周期を12時間からずらした場合、その差が3時間以内であれば光の周期に合わせるが、それを越えると活動が不規則になったり、光の周期とは無関係に24時間周期の活動周期を行う個体が現れる。これは、生物内部に周期を作る要因があることを意味すると考えられる。完全暗黒の条件で飼育すると、活動周期はほぼ維持されるが、時間がたつと次第にずれるものが現れ、生物体内の周期は完全に24時間ではなく、その前後であることがわかる。100日程度経過した結果からは、それはおよそ18-21時間と見られた。ここから森は、まず基本的に周期を作り出す原因が動物体内にあり、これに光という外的要因が働くことで正確な周期が作り出されると考えた。同時に、観察の中で、伸び始めた群体に光を当ててもなかなか縮まないが、夜半を過ぎると光を当てるとすぐに縮むことを上げ、これが生理的な条件に基づくものではないかと推察した。日周的な生理的変化を調べると、例えば昼間はグリコーゲンが減少し、夜になると増えるなど、夜間に活動が盛んになることに基づく生理的変化があることを確認した。最終的に、体内のpH変化が要因となることが確認された。体内のpHは夜明けに7.8程度のものが、昼間にはどんどん低下して夕方には7.4程度にまで低下する。これは体内の物質交代によって生じる二酸化炭素や有機酸の濃度が高くなることによると考えられる。群体が伸長する際に海水を体内に取り込むので、群体が伸長するとpHは急に高くなる。さらに、朝に縮んでいる群体に酸性の海水（二酸化炭素で飽和した海水が最適であったとのこと）を注射することで、群体が伸長し、完全に伸び上がることを確認した。つまり、本種の場合、時計のようなものではなく、生理的活動の結果が時間経過に従って蓄積することが周期を生み出していると考えられた。