沿線でのイベントなどで臨時列車が運行されることがある。連絡線を介して運行されることが多いが、中には乗り入れ路線発着とした列車が運行される。下記のほかにも、2004年9月に新木場検車区（現・和光検車区新木場分室）撮影会への臨時列車（千代田線06系・6000系、南北線9000系を使用）や、10月に開業30周年記念列車を運転したことがある。
現在の車両はすべて副都心線と共通であり、小竹向原以東は原則として10両編成の東京地下鉄車・西武車・東武車のみが入線するが、和光市 - 小竹向原間および並走区間である小竹向原 - 池袋間の副都心線の線路には8両編成の東京地下鉄車および東急車・横浜高速車も入線する。
小田急電鉄所属の60000形「MSE」により小田急線と千代田線を直通する特急ロマンスカーの一部を、「ベイリゾート」として年間30日程度、千代田線北千住駅から当路線の新木場駅に行き先・始発駅を変更して運転していた。有楽町線桜田門駅と千代田線霞ケ関駅間を結ぶ連絡線（詳しくは後述）を経由し、霞ケ関駅で方向転換を行う。有楽町線内では豊洲駅と新木場駅のみに停車する。有楽町線・副都心線のホームドアに対応できないことから、ホームドア設置工事の進捗に伴い、2011年10月以降運行を休止していたが、2012年3月17日のダイヤ改正で運行中止となった。公式には廃止とはされていないものの、運転再開については未定である。なお、小田急ロマンスカー車内で発券する｢車内補充券｣からは、2016年の改訂版より「ベイリゾート」の欄と、｢豊洲｣、｢新木場｣の欄が削除された。
副都心線開業後、当路線の和光市駅 - 小竹向原駅間は副都心線との共用区間となっている。この区間には副都心線の各駅停車・通勤急行・急行も運転されている。詳しくは「副都心線」を参照。
2017年3月27日より平日の通勤時間帯に運行を開始した座席指定列車。豊洲駅発着で全列車が西武有楽町線・池袋線に直通する。乗車には座席指定券が必要で、途中飯田橋駅・有楽町駅にのみ停車する（池袋駅も通過。なお乗務員交代のため小竹向原駅に運転停車する）が、各駅とも朝は降車のみ・夕方は乗車のみの扱いとなり有楽町線内のみの利用は出来ない。有楽町線内で通過駅の設定がある種別としては2010年に廃止になった準急以来となる。なお、土休日は副都心線・東急東横線・みなとみらい線直通（元町・中華街駅発着）となり、有楽町線には乗り入れない。また、座席指定列車のS-TRAINに限り、座席指定券の確認などを行うことから車掌が乗務しているため、ワンマン運転の対象外である。
東京地下鉄線内の各駅に停車する種別。駅の案内板では小竹向原駅 - 和光市駅の各駅をのぞいて種別表示はされず、行き先のみの表示となる。後述の準急廃止後も、副都心線の急行に対しての「各駅停車」の一つの系統としてこの種別の表現は残されている。有楽町線・西武池袋線内の種別表示は通常各停である。東上線内では普通として案内されるが、一部各停表示のまま運行することもある。西武池袋線内は各停以外に小竹向原駅で種別を変更して快速・準急・快速急行として運行するものがある。かつてはこれらの列車が新木場駅から西武池袋線内の種別を案内していた（正確には各停は西武有楽町線小竹向原駅から普通であった）。一方新木場方面行は西武有楽町線練馬駅から全列車が各駅に停車するため、練馬駅から普通・小竹向原駅から各停として案内されていた。
九州自動車道久留米インターチェンジのすぐ南にある久留米市御井旗崎の御井旗崎1丁目交差点から南進し、筑後市前津の徳久北交差点で終点となる。起点の御井旗崎1丁目交差点では、国道322号から直進で接続し、高速道入口地下道（アンダーパス）の本線が本道路となる。南西へ進んだ矢取西交差点では左折方向が当道路として指定されている区間となり、矢取交差点で右折するまで県道800号と重複する。起点から矢取西交差点までは、久留米市の外環状道路として建設された都市計画道路東合川野伏間線の一部である。矢取交差点からは単独区間として再び南西へ進むが、久留米駐屯地周辺では敷地を避けるように右左折が続き、駐屯地南東の聴覚支援学校前交差点から西隣のT字路（久留米大学医療センター東側）までは県道752号と重複する。県道752号と別れた後は住宅街の細街路が続き、国道3号付近（浦山公園西側）で再び幅員が広くなる。国道3号とも若干の重複区間があり、起点から見て左折で国道3号へ入ったあと、すぐに二軒茶屋交差点で右折して離れる。国道3号を過ぎたあとは自衛隊高良台演習場の中を通過し、演習場を抜けた後の三叉路で市道から分岐する方向が本道路となる。さらに南西側では県道758号の起点を通過するが、ここでも終点側から見ると本道路が右へ分岐する方向になっている（県道758号方面が直進）。さらに南へ進むと、相川（あいごう）交差点の北側で国道209号へ合流する。ここから相川交差点までも若干の重複区間となっており、相川交差点では左折方向が本道路となる。相川交差点から先は国道209号と国道3号の間を南進する。途中で交差する県道84号（バイパス）は、広川インターチェンジおよび国道3号と接続している。さらに南進し、筑後市内で国道442号に突き当たったところで終点となる。