この区間は、大分県と宮崎県の県境の山間部（宗太郎峠）を通る。沿線人口も少ないことから、普通列車の本数が極端に少なくなっており、特急列車の停車駅も設定されていない。2004年（平成16年）3月13日のダイヤ改正で、普通列車は2往復をのぞき重岡駅・市棚駅折り返しとなった。翌2005年（平成17年）10月1日の改正以降は佐伯駅 - 南延岡駅間の列車2往復のほかに朝に始発列車として佐伯発延岡行き、続いて延岡発市棚行き、市棚発南延岡行き、夜に最終列車として南延岡発大分行きが各1本運転されていた（これらの列車は朝と夕方・夜の運転）。2018年（平成30年）3月17日のダイヤ改正ではさらに列車が削減され、佐伯駅 - 延岡駅間1.5往復（下り1本・上り2本、上り1本のみ南延岡駅始発）および佐伯駅 - 重岡駅間1.5往復（下り2本・上り1本）まで減少した。このため、下りの宗太郎駅→北延岡駅間では6時 - 7時台の列車が最終列車となる。この区間は、2007年3月17日まで457・475系で運行されていた。その後は2009年9月30日まで717系で、2018年3月17日までキハ220形気動車で運転され、翌3月18日のダイヤ改正より815系、または特急用の787系電車での運転に変更となった。787系で運転される列車では、先頭車両のみ客扱いを行う。普通・グリーン併設車が先頭車両になる下り便では、グリーン自由席も営業する（グリーン券は車内で販売）。また普通列車の本数が少ないが、特急列車は1日12.5往復あり、おおむね1時間に1本程度通過するため、この区間のすべての駅に交換設備が設けられている。
おおむね中津駅・佐伯駅・延岡駅・宮崎駅・都城駅で運転系統が分かれている。2009年10月1日より全区間でワンマン運転が実施されている。各区間の普通・快速列車で使用される車両のまとめは使用車両節の「#普通・快速列車」を参照。各区間の運転本数は特記なければ普通・快速列車のもの、車種は特記なければ電車である。ワンマン列車の運賃収受方式であるが、小倉駅 - 佐伯駅間・国分駅 - 鹿児島駅間ではすべての駅ですべてのドアが開く駅収受方式（都市型ワンマン）、上岡駅 - 霧島神宮駅間は、無人駅および有人駅での営業時間外の停車時は前の車両のドアのみ開き（中扉は開かず・後ろ乗り前降り）、車内で整理券発行と運賃収受を行う車内収受式である。ただし、宗太郎駅については前乗り前降りである。2006年（平成18年）3月17日までは現行の都市型ワンマン区間も車内収受式であったが翌18日のダイヤ改正より現行の運行形態となった。
延岡市と日向市の市街地を通り、美々津駅付近から宮崎平野に入る。高鍋駅までは平坦で曲線の少ない海岸沿いを走り林の隙間から日向灘が見え隠れする。田野駅付近から鰐塚山地を越え、山之口駅付近から都城盆地を横断する。財部駅付近から霧島山の山裾を越え、シラス台地の急斜面中腹を縫うように下り、国分平野と姶良平野を横断する。重富駅から鹿児島湾沿いに桜島を望みつつ鹿児島駅へ到着する。列車は鹿児島本線に乗り入れ鹿児島中央駅まで向かう。
シングルスでは1月の全豪オープンで予選3試合を勝ち上がり、同大会シングルス本戦初出場を果たすと、1回戦でクララ・ザコパロバを2-6,6-4,8-6のフルセットの接戦の末破り、待望のグランドスラムシングルス本選初勝利を決める。2回戦では大会第19シード、当時世界ランク20位のシビル・バンマーを6-2, 6-0のストレートで圧倒し、1999年のジャネット・リー以来台湾人女性として9年振りとなる同大会3回戦進出を決めると、3回戦ではアラバン・レザイと対戦。謝の得意とする広角のグラウンドストロークにトップスピンロブやドロップショットを織り交ぜたトリッキーな試合展開でレザイから計58本のアンフォースドエラーを奪い、第2セットではレザイに3本のマッチポイントを凌がれフルセットに持ち込まれるも、試合時間2時間7分、6-2,6-7,6-4のスコアでレザイを破り、台湾のプロテニス選手として史上初のグランドスラム大会4回戦に進出。続く4回戦では当時世界ランク1位の第1シード、ジュスティーヌ・エナンに挑戦したが、2-6,2-6のストレートで敗れた。この年は他にも6月のウィンブルドン選手権と8月の全米オープンでそれぞれ2回戦に進出した他、ITFサーキット2万5千ドル大会でも3大会で優勝。これらの活躍により年度末ランキングも60位以上上昇させる79位で終了。自身初となるシングルストップ100フィニッシュを果たした。一方、ダブルスも前年に引き続き好調なシーズンとなり、彭帥と組んで出場した9月第2週ののコモンウェルス・バンク・テニス・クラシックでシーズン初優勝を挙げると、荘佳容と組んで出場した同第4週のハンソル韓国オープンで荘と共に大会2連覇。この年は他にもバニア・キングと組んで出場した2月のPTTパタヤ・オープンと、ヤロスラワ・シュウェドワと組んで出場した8月のシンシナティ・マスターズでもそれぞれ準優勝の成績を収め、年度末ランキングも53位で終了した。