2015年3月14日現在、快速と各駅停車が運転されている。本線・支線ともに定期運転の旅客列車において他路線との直通運転は行っていない。列車番号の末尾につく英字は本線が"F"で、支線が"H"である。南武線の輸送量は、立川駅寄りより川崎駅寄りで多い傾向があり、川崎駅 - 立川駅間の全線通しの列車のほか、朝・夕方・夜の時間帯では川崎駅 - 武蔵溝ノ口駅・登戸駅・稲城長沼駅間の区間運転列車が多数設定されている。2015年3月13日以前は日中にも区間運転列車が設定されていた。武蔵中原駅構内には南武線の車両基地である中原電車区があり、この基地への出入りを兼ねて、川崎駅 - 武蔵中原駅間の系統が朝晩に設定されているほか、武蔵中原発の登戸行き・稲城長沼行き・立川行きと登戸発立川行きが朝に、立川発武蔵中原行きの列車が夜にそれぞれ設定されている。矢向駅には留置線があり、朝の時間帯に矢向発川崎行きの列車が存在する（矢向行きの営業列車はない。川崎駅から回送）。宿河原駅にも留置線があるが、こちらは登戸駅および武蔵溝ノ口駅発着の列車が使用しているのみであり、宿河原駅発着の設定はない。立川駅にも留置線があり、夜間に川崎発稲城長沼行きからの回送が入庫し、翌朝西国立発川崎行きで出庫している。平日は朝夕ラッシュ時が約2 - 4分間隔、日中が1時間に8本（各駅停車6本、快速2本）、土曜・休日は朝夕が約5 - 7分間隔、日中が1時間に9本（各駅停車6本、快速3本）で運行されている。浜川崎支線では、終日にわたりワンマン運転を行う2両編成の電車が尻手駅 - 浜川崎駅間で折り返し運転を行っている。川崎区内は路線バスの本数が多いこともあり、こちらは昼間は40分間隔のダイヤであるが、朝夕には多い時間帯で10 - 20分間隔で運行されている。
モリスタウンは1715年頃に、ロングアイランドのサウスオールドやコネチカットのニューヘイブンから来たイギリス長老派教会員によって、ニューハノーバーとして設立された。1739年3月15日、ハンタードン郡から分かれてモリス郡が設立されてから間もなく、モリスタウンが郡の中心にあり、鉄道と接続されていたことから郡庁所在地に選定された。モリスタウンとモリス郡はニュージャージー植民地の初代および当時現職総督だったルイス・モリスからその名前が採られた。18世紀の半ばでは、モリスタウンの人口は250人、教会2棟、裁判所1棟、酒場1軒、学校2棟、店舗数軒があり、近くには多くの製粉所や農場があった。ジョージ・ワシントンが初めてモリスタウンに来たのは1773年5月のことであり、アメリカ独立戦争に先立つこと2年だった。ワシントンは養子であるジョン・パーク・カスティスとスターリング卿ウィリアム・アレクサンダーと共に、この地からニューヨーク市に旅した。1777年ワシントン将軍と大陸軍が、トレントンとプリンストンでの戦勝の後、モリスタウン近くで1月から5月まで宿営した。町の中心、モリスタウン・グリーンにあったジェイコブ・アーノルドの酒場を、ワシントンは最初の作戦本部にした。モリスタウンはその極度に戦略的な位置にあったので、宿営地に選択された。フィラデルフィアとニューヨーク市の中間にあり、ニューイングランドにも近かった。また住民の技量や交易も選定要因だった。地元の産業や天然資源で武器を提供でき、軍隊を支えるに足る食料を供給する能力があると考えられたからだった。教会は天然痘の予防接種に使われた。最初の作戦本部であるアーノルドの酒場はその後、0.5マイル (800 m) 南のマウントケンブル・アベニューに移され、19世紀後半にはオールソウルズ病院になった。1918年に火事になって、最初の構造物は失われたが、道路の真向かいに病院用に新しい建物が建設された。1779年12月から1780年6月、大陸軍のモリスタウン2回目の宿営地はジョッキーホローだった。このときのワシントンの作戦本部は、町の外れに近い大邸宅、フォード・マンションに置かれた。フォードの未亡人と子供達は、マーサ・ワシントンや大陸軍の士官達と家を共有することになった。1780年の冬は独立戦争の中でも最悪の冬だった。飢餓に加えて極端なインフレと兵隊への給与不足があった。ペンシルベニアの部隊全体が反乱を起こして成功し、さらに後にはニュージャージーの兵士200名が彼等に習おうとしたが失敗した。ワシントンが2回目の滞在をしていた1780年3月に、聖パトリックデイをその部隊に多くいたアイルランド系兵士のために休日と宣言した。マーサ・ワシントンがバージニアから旅してきて、戦争の期間を通じて毎冬の間夫の所に滞在した。ラファイエット侯爵がモリスタウンのワシントンの所に来て、フランスは艦船と訓練された兵士を送って大陸軍を助けると伝えた。フォード・マンション、ジョッキーホロー、ノンセンス砦は全てアメリカ合衆国国立公園局が管理するモリスタウン国立歴史公園の一部として保存され、国内で初めて設立された国立歴史公園として、歴史保存主義者の間でも定評がある。ワシントンが滞在している間に、ベネディクト・アーノルドがモリスタウンのスプリング通りにあるディッカーソンの酒場で、フィラデルフィアの軍需物資横流しに関連した容疑で軍法会議に掛けられた。アーノルドに対する訓告が公にされたが、ワシントンは英雄であるアーノルドにそれを心にしまい込むと静かに約束した。アレクサンダー・ハミルトンはワシントンの掛かり付け医が宿舎にしていた住居で、ベッツィ・スカイラーと交際し、結婚した。地元ではスカイラー＝ハミルトンの家と呼ばれるこのジャベズ医師キャンプ地家屋は、ニュージャージー州と国双方の歴史史跡に登録されている。モリスタウングリーンには、ジョージ・ワシントン、若いラファイエット侯爵、および若いアレクサンダー・ハミルトンが会したことを記念する彫像があり、フランス王ルイ16世が派遣したフランスの大型帆船と軍隊が大陸軍を救援しにくることを論じている彼等3人を描いている。モリスタウンのバーナム公園には「アメリカ独立戦争の父」トマス・ペインの彫像がある。ペインはベストセラーとなった『コモン・センス』を著し、イギリスの支配から完全に訣別することを説いた。この銅像はジョージ・J・ローバーが制作し、「危機第1」を作成している1776年のペインの姿を描いた。ニュージャージー州を横切って撤退する中で、太鼓をテーブル代わりに使っている。ペインは「これらが人の魂を試す時だ」と記した。この像は1950年7月4日（独立記念日）に除幕された。