百済滅亡の後、百済の遺臣は鬼室福信・黒歯常之らを中心として百済復興の兵をあげ、倭国に滞在していた百済王の太子豊璋王を擁立しようと、倭国に救援を要請した。中大兄皇子はこれを承諾し、百済難民を受け入れるとともに、唐・新羅との対立を深めた。661年、斉明天皇は九州へ出兵するも邦の津にて急死した（暗殺説あり）。斉明天皇崩御にあたっても皇子は即位せずに称制し、朴市秦造田来津（造船の責任者）を司令官に任命して全面的に支援した。この後、倭国軍は三派に分かれて朝鮮半島南部に上陸した。
唐の目標は高句麗征伐であり、百済討伐はその障害要因を除去する意味があり、唐軍の主力は高句麗に向かうと、百済遺民鬼室福信・黒歯常之らによる百済復興運動が起きた。8月2日には百済残党が小規模の反撃を開始し、8月26日には新羅軍から任存（にんぞん。現在の忠南礼山郡大興面）を防衛した。9月3日に劉仁願将軍が泗沘城に駐屯するが、百済残党が侵入を繰り返した。百済残党は撃退されるが、泗沘の南の山に4,5個の柵をつくり、駐屯し、侵入を繰り返した。こうした百済遺民に呼応して20余城が百済復興運動に応じた。熊津都督王文度も着任後に急死している。唐軍本隊は高句麗に向かっていたため救援できずに、新羅軍が百済残党の掃討を行う。10月9日に、ニレ城を攻撃、18日には攻略すると、百済の20余城は降伏した。10月30日には泗沘の南の山の百済駐屯軍を殲滅し、1500人を斬首した。しかし、百済遺臣の西武恩卒鬼室福信、僧侶道琛（どうちん）、黒歯常之らの任存城や、達率余自信の周留城（スルじょう）などが抵抗拠点であった。
660年、百済が唐軍（新羅も従軍）に敗れ、滅亡する。その後、鬼室福信らによって百済復興運動が展開し、救援を求められた倭国が663年に参戦し、白村江の戦いで敗戦する。この間の戦役を百済の役（くだらのえき）という。
百済は642年から新羅侵攻を繰り返した。654年に大干ばつによる飢饉が半島を襲った際、百済義慈王は飢饉対策をとらず、655年2月に皇太子の扶余隆のために宮殿を修理するなど退廃していた。656年3月には義慈王が酒色に耽るのを諌めた佐平の成忠（浄忠）が投獄され獄死した。日本書紀でもこのような百済の退廃について「この禍を招けり」と記している。657年4月にも干ばつが発生し、草木はほぼなくなったと伝わる。このような百済の情勢について唐はすでに643年9月には「海の険を負い、兵械を修さず。男女分離し相い宴聚（えんしゅう）するを好む」（『冊府元亀』）として、防衛の不備、人心の不統一や乱れの情報を入手していた。659年4月、唐は秘密裏に出撃準備を整え、また同年「国家来年必ず海東の政あらん。汝ら倭客東に帰ることを得ず」として倭国が送った遣唐使を洛陽にとどめ、百済への出兵計画が伝わらないように工作した。
新羅は、627年に百済から攻められた際に唐に援助を求めたが、この時は唐が内戦の最中で成り立たなかった。しかし、高句麗と百済が唐と敵対したことで、唐は新羅を冊封国として支援する情勢となった。また、善徳女王（632年〜647年）のもとで実力者となった金春秋（後の太宗武烈王）は、積極的に唐化政策を採用するようになり、654年に武烈王（〜661年）として即位すると、たびたび朝見して唐への忠誠心を示した。648年頃から唐による百済侵攻が画策されていた。649年、新羅は金春秋に代わって金多遂を倭国へ派遣している。
日中の運転本数は、奈良駅 - 桜井駅間で1時間に2本（約30分間隔）、桜井駅 - 高田駅間は1時間に1本である。奈良駅 - 桜井駅の区間運転のほかは、基本的に高田駅から和歌山線に乗り入れており、日中には高田駅で折り返して和歌山方面へ直通し、朝・夕方時間帯には王寺方面へ直通する。朝ラッシュ時には、奈良駅から桜井線（万葉まほろば線）経由でJR難波駅へ直通する快速が運行されている。かつては定期列車として奈良線からの直通列車が運転されていたが、現在は運転されていない。基本的にはワンマン運転だが、朝ラッシュ時（大和路線直通の快速を含む）や、大神神社の月次祭など、沿線で催し物が行われる場合には、車掌乗務で運転される列車もある。近年、運賃箱があるものの、一般的なワンマン運転とは違い、運転士による運賃収受の確認は行われない。また、有人駅以外でもすべてのドアが開く駅がある。天理駅構内北側に留置線群があり、後述の「天理臨」といった団体列車の留置などで使用されていたが、団体列車の設定が減少したため、かつ2008年のおおさか東線開業に伴い奈良電車区（現：吹田総合車両所奈良支所）での夜間留置車両が増加したため、非電化であったこの留置線群を電化して夜間留置している。このため、早朝・深夜に入出区のために天理駅発着の回送列車が設定されている。