2011年（平成23年）3月11日の午後に東北地方太平洋沖地震（東日本大震災の本震）が発生し、沿線では広範囲で震度5弱から6強の揺れを記録した。このため当日全線で運転を見合わせ、勿来駅 - 岩沼駅間では駅構内に7本、駅間に6本の列車が停車した。また茨城県から宮城県にかけては施設の破壊・支障が発生したほか、沿岸ではこの地震による津波の影響を受け久ノ浜駅から亘理駅にかけて断続的に設備の浸水・流失被害が発生した。これにより、新地駅で抑止中であった普通244MのE721系電車（P-1編成+P-19編成）と浜吉田 - 山下間を走行中に抑止となった貨物92列車（ED75 1039+コンテナ車）のコンテナ車がそれぞれ津波の直撃によって脱線・大破しているが人的被害はなかった。このほか、常磐線に特有の被害として、大野 - 双葉間の沿線に立地する福島第一原子力発電所の事故による放射能汚染が挙げられ、事故後の2011年（平成23年）4月22日以降、原発からの半径20 km圏内と重複する広野 - 磐城太田間が災害対策基本法に基づく警戒区域（民間人強制退去・立入禁止）に指定、半径20 kmから30 km圏内のうち計画的避難区域でない地域の大半（久ノ浜 - 広野、磐城太田 - 鹿島）が「緊急時避難準備区域」に指定された。
この区間は、2011年（平成23年）3月11日の東日本大震災および福島第一原子力発電所事故により、不通となっている区間がある。そのため、未復旧区間については特記ない限り被災前の状況を記す。いわき駅を出て、四ツ倉駅を過ぎると単線になる。この区間は電化時に古いトンネルを放棄しているため、沿線に廃トンネルが多数みられる区間である。竜田駅を出発すると常磐線最長の金山トンネルを通過し、富岡駅に到着する。富岡駅から夜ノ森駅、大野駅と過ぎて、福島第一原子力発電所の煙突を背にしながら、双葉駅に到着し、さらに浪江駅、小高駅を経て、「雲雀原」の異名を持つ南相馬市の中心駅・原ノ町駅に到着する。原ノ町駅では、2007年以降普通列車の系統が分断されており、2017年現在は下り2本と上り1本以外は乗り換えが必要となっている。その後旧鹿島町の中心駅鹿島駅、相馬市の中心駅・相馬駅などを経て、駒ケ嶺駅を過ぎると、2016年に完成した津波被害からの復旧区間に入る。新地駅を過ぎると、浜通りから脱して宮城県へ入り、坂元駅・山下駅を過ぎると、浜吉田駅の手前で廃線となった従来線と合流する。その後、亘理駅、逢隈駅を過ぎ阿武隈川を渡ると、常磐線としての終点である岩沼駅に到着し、日暮里駅で分かれた東北本線に合流する。
取手駅と藤代駅の間にデッドセクションがあり、以北は交流電化されているため、直流電車は通れない。取手駅から先は交直流電車のみが走る区間となる。茨城県の取手市から龍ケ崎市・牛久市・土浦市・石岡市・小美玉市・笠間市・水戸市・ひたちなか市・那珂郡東海村・日立市・高萩市・北茨城市を経由し、茨城県と福島県浜通りの境に当たる勿来関を越えて、福島県いわき市に入ると、浜通り地方で最初の駅、勿来駅に至る。そのまま福島県内を北上し、浜通り南部の中心地いわき駅に至る。
当初のカルバー線は、プロスペクト・パーク・アンド・コニー・アイランド鉄道によって、マクドナルド・アベニュー（当時はグレイブスエンド・アベニューと呼ばれていた）の地上に、グリーンウッド墓地とコニーアイランドを結んで1875年6月25日に開通した。グリーンウッド墓地では、同社が1886年まで運行していたヴァンダービルト・アベニュー線の馬車鉄道と連絡していた。さらに、パークビルの分岐点からプロスペクト・パーク・アンド・サウス・ブルックリン鉄道を利用することで、36丁目にあるユニオン・デポまで1890年6月7日に運行を開始し、そこでBMT5番街線と連絡した。1893年から1899年まで、ロングアイランド鉄道の支配下に置かれた間に、1895年に36丁目に勾配線が開設され、ブルックリン高架鉄道の列車がカルバー線を走ってコニー・アイランドまで直通できるようになった。当時ブルックリン高架鉄道を所有していたブルックリン・ラピッド・トランジット (BRT) は、1899年6月18日からカルバー線をブルックリン・ハイツ鉄道へ貸し付け、高架鉄道の列車だけでなく路面電車もカルバー線を走ってコニー・アイランドへ行くようになった。ニューヨーク市とBRTが結んだデュアル・コントラクトの第4契約の一環として、5番街線の南東から南へコニー・アイランドまで、カルバー線の上に3線の高架鉄道が建設された。9番街駅で、高架化されたカルバー線はBMTウェスト・エンド線と合流し、両方の路線から北西方面へ5番街線とBMT4番街線へと通じていた。1919年3月16日の午前3時に、9番街駅の南東側からキングス・ハイウェイ駅の南まで、新しい高架構造物の最初の区間が開通した。15丁目駅が省かれた以外は、地上の路線に存在していた駅はすべて高架線にも設けられた。カルバー線は5番街線の支線として運営され、9番街駅では4番街線へ直通するウェスト・エンド線へ無料の乗換ができた。アベニューX駅まで1919年5月10日の正午に延長された。コニー・アイランドまでの残りの4駅間は、1920年5月1日に開通して完成したが、この時点でBRTは運賃を10セントから5セントに値下げを強いられていた。この延伸では、西8丁目-ニューヨーク水族館駅より東側に既に存在していたBMTブライトン線の下層階へと接続された。カルバー線の当時の5系統の列車は、1931年5月30日にロウアー・マンハッタンにあるBMTブルックリンループ線が開通すると、地下鉄の4番街線を通じてブルックリンループ線まで運行されるようになった。5番街の高架線は1940年5月31日に廃止された。路面電車は、マクドナルド・アベニューの地上に敷設された線路で1956年10月30日まで運行された。