この区間は元々、成田新幹線（未成線）用に確保されていた用地を一部活用しているため、高低差もなく、線形も良い。次の印西牧の原駅周辺は、並行する国道464号沿道にロードサイド型の大型商業施設が立ち並ぶ。印西牧の原駅を出るとしばらく複々線区間が続いたのち、内側2線が印旛車両基地への高架線として右手にわかれる。右手に車両基地を見上げながら線路は掘割区間を進み、終点・印旛日本医大駅へと到着する。駅の先には引き上げ線が用意されており、本線は成田高速鉄道アクセスの線路として成田空港方面へ続く。
鎌ケ谷市の新しい市街地として開発が進む新鎌ケ谷を横目に、しばらく高架の直線区間が続いたのち短いトンネルを抜ける。やがて線路は掘割区間となり、千葉ニュータウン（白井市）の玄関口である西白井駅へと到着する。この先、千葉ニュータウンエリア内では堀割内を国道464号（北千葉道路）に挟まれるかたちで道路と併走する。次の白井駅にかけてはニュータウン独特の大型店舗が建ち並ぶ街並みが沿線に広がり、小室駅の手前では国道16号と交差する。この先神崎川を跨ぐ高架区間では両側に水田が広がり、線路は再び掘割区間を進み、北総線最大の乗降客数を誇る千葉ニュータウン中央駅へと至る。駅周辺にはイオンモール千葉ニュータウン等がある。
京成高砂駅を出ると、京成電鉄の高砂検車区を左に見ながら高架橋へと上がり、大きく左へカーブして高架のシェルターを抜けると新柴又駅へと到着する。住宅地を抜けると江戸川橋梁を渡り千葉県松戸市へと入るが、田園風景が広がる。線路はすぐに下総台地の下に掘られた栗山トンネルへ進入し、矢切駅へと至る。この先、北国分駅 - 松飛台駅間は地形上、台地と低地が入り組む谷津田が多いため、トンネルと高架が連続する高低差の大きい線形となる。特に秋山駅では地下駅なのに対し、次の東松戸駅ではJR武蔵野線を跨ぐためホームが地上20mの高さにある。松飛台駅を過ぎると高架の直線区間が続き、左手に住宅地、右手に梨畑を見ながら大町駅へと進み、国道464号（大町梨街道）と立体交差する。さらに高架を進むと、左手に新京成電鉄くぬぎ山車両基地を見ながら新京成線と合流。ここから併走区間となり、新京成線北初富駅の横を通るが、北総線に駅は設置されていない。まもなく私鉄4線が乗り入れる新鎌ヶ谷駅へと至る。
2018年7月現在、全ての車両が8両編成で運行されている。ただし、ダイヤ乱れ等、車両が手配できない時に京成3000形の6両編成が代走で運行されたことがある。1979年の開業時は6両編成が主体であったが、1991年の都心直通時に自社車両はすべて8両編成に増強された。また、1992年から2000年7月22日のダイヤ改正前までは線内限定の区間列車として4両編成での運用が存在していた。また、1993年4月1日から1994年12月9日にかけては直通先の京急空港線が8両編成の乗り入れに対応していなかったため、データイムのほぼ全てが6両編成での運転であった。しかし、当時北総開発鉄道は6両編成の車両を保有していなかったため、データイムはほぼ全てが他者の車両で運行されることになり、北総開発鉄道の車両が自社線内をほとんど走行しない珍しい光景が見られた。
自社車両（千葉ニュータウン鉄道含む）をはじめ、直通運転先である京成電鉄・都営地下鉄浅草線・京浜急行電鉄の各社局の車両が乗り入れて運行される。2018年12月時点で北総鉄道の営業列車として運行されている車両とかつて運行されていた車両は次の通り（自社所有車・リース車以外も含む）。※の付いた車両は共用区間である成田スカイアクセス線にも運行される。
しかし冷戦の終結で南アメリカの多くの国ではアメリカ合衆国の支援を受けていた反共軍事政権の多くが崩壊し、その多くが1990年代にキューバとの国交回復を成し遂げた。だがアメリカ・欧州・日本などの国々はカストロ政権をその反共政策から国際政治上で認めず、キューバからの国連加盟要請を総会決議で拒否し続けた。しかしながら1960年に首相のカストロがオブザーバーとして国連総会に出席したのを契機に、加盟国の多くがキューバの加盟を認めるようになった。更に、国力が回復しアメリカに対して強硬的な立場に出るようになったロシアのウラジーミル・プーチン政権が急速にキューバとの関係を回復し、冷戦下のレベルではないものの再び経済的・軍事的にキューバを支援するようになってきた。この他にも2000年代に入りベネズエラやボリビアなどに成立した反米政権が「中南米における反米連合の盟主的存在」であるキューバとの事実上の同盟関係を持ち、様々な形でキューバに対する支援を行っている。さらに中華人民共和国がキューバへの支援と引き換えに軍港の使用を求めるなど、反米諸国がキューバに取り入る姿勢を見せた。また長い間反米的な姿勢を取り続けてきたカストロが健康状態の悪化を受けて2008年2月に国家評議会議長（事実上の元首）の座を降り、その座を弟のラウル・カストロが引き継いだ。これらの事態の変化に対して、オバマ政権率いるアメリカもこれまでのキューバに対する強硬的な姿勢を急転換させる。両国は水面下で行われていた接触を公式なものに引き上げ、次いで首相とオバマ大統領が国際会議の場で挨拶を交わすなど関係の修正をアピールした。さらに2015年に入りアメリカと国交を回復し、相互の大使館が同年7月に開設された。