東急東横線
東横線（とうよこせん）は、東京都渋谷区の渋谷駅と神奈川県横浜市西区の横浜駅を結ぶ東京急行電鉄（東急）の鉄道路線である。
路線図や駅ナンバリングで使用される路線カラーは赤色、路線記号はTY。
東横線は通勤路線であるとともに、東京と横浜という2つの都市を結ぶ路線の一つで、東急の基幹路線である。田園調布駅 - 日吉駅間は複々線であり、うち2線の線路を使用して東横線のバイパス機能を果たしている目黒線（目黒駅 - 日吉駅間）が並走する。
東横線には、特急・通勤特急・急行・各駅停車の計4種別が運行されている。
渋谷駅からは東京地下鉄（東京メトロ）副都心線を介して東武東上線森林公園駅・西武池袋線飯能駅まで、横浜駅からは横浜高速鉄道みなとみらい線元町・中華街駅まで相互直通運転を行っている。2013年3月15日までは中目黒駅から東京メトロ日比谷線北千住駅まで直通運転を行っていた。詳しくは「直通運転」の節を参照。明治通り（都道305号）の直下、渋谷ヒカリエ地下5階の真横に設けられた2面4線の渋谷を出発すると、しばらくは明治通りの直下を南下し、渋谷川の真下をくぐって、渋谷清掃工場付近で南西方向にカーブし、山手線・埼京線・湘南新宿ライン（山手貨物線）などのJR線群をくぐりながら地上に向かって最大35‰の急勾配を上る。しばらくすると相対式ホーム2面2線の地上駅代官山に到着する。1986年3月までホームがトンネルと渋谷2号踏切に挟まれていた関係で18m車6両分しかなかったため、20m車6両編成では中目黒寄り1両、18m車8両編成と20m車7両編成では中目黒寄り2両のドアカットを行っていた。その後渋谷2号踏切を閉鎖し、ホームの半分をトンネル（渋谷隧道）に伸ばすことでドアカットを解消した。
なお、渋谷駅は2013年3月15日までは山手線渋谷駅と明治通りに挟まれた位置にあった頭端式ホーム4面4線の高架駅で、ほぼ現在のルートを高架で進んでいた。途中では南に東京都交通局・渋谷営業所のバス群を見下しながらJR線群を跨ぎ、渋谷1号踏切を越えて代官山駅に進入していた。
渋谷隧道を抜けると目黒区に入り、上下線間に日比谷線が顔を出す。高架線で目黒川を渡ると間もなく島式ホーム2面4線の高架駅中目黒である。ホーム下には山手通り（都道317号）が通る。当駅の祐天寺寄りには日比谷線用の3本の引き上げ線があり、日比谷線の列車はすべてここで折り返す。2013年3月15日までは日比谷線との相互直通運転が行われており、東武伊勢崎線から日比谷線への直通および日比谷線内のみの運用列車がここで折り返し、日比谷線直通列車が当駅で相互に乗り入れていた。また、伊勢崎線における日比谷線直通専用車両である東武20000系列も東横線には乗り入れることができなかったため、東横線には直通せず、必ずここで折り返していた。なお、東横線における日比谷線直通専用車両であった東急1000系には、東横線には乗り入れない北千住駅方面発の中目黒駅行の運用があったため、その際はここで折り返していた。中目黒駅の配線構造や車両規格の違いなどにより、東横線の列車はここで折り返すことは不可能である。
中目黒を出ると、目黒区を縦断する形で南南西へ進む。次の特急停車駅・自由が丘までは直線区間が続く。この辺りは特急がスピードを最も上げる区間でもある。
相対式ホーム2面2線の高架駅祐天寺の由来となった祐天寺は、駅から徒歩約5分である。
次の学芸大学・都立大学と大学名を取った駅名が2つ続くが、東京学芸大学は1964年に小金井市に、東京都立大学（現・首都大学東京）は1991年に多摩ニュータウン（八王子市）に移転した。付属高校も現存しているのは学芸大附属高のみであり、都立大附属高は2011年に都立桜修館中等教育学校に改組した。移転後に両駅の駅名変更の是非を問う住民投票が行われ、「駅名変更を可とする方」に学芸大学駅は37%、都立大学駅は過半数となる59%の票を集めたが、東急側は両駅とも、可とする方の比率が3分の2に達しなかったため駅名変更は行わないとして、現在もそのままになっている。
都立大学を過ぎると、高架線から地上に降りるため、踏切が点在する。自由通りの踏切を過ぎると、島式ホーム2面4線の高架駅自由が丘である。大井町線との接続駅であり、周辺は沿線有数の商業地で、大手進学塾も多い。また、東横線の中枢を担う駅の一つであり、ほぼ終日緩急接続が行われる。
自由が丘を過ぎると、すぐ電車は世田谷区に入るが、世田谷区内には駅はない。
環状八号線（都道311号）を潜るとすぐ大田区に入って地下線へと下り、目黒線と合流して島式ホーム2面4線の地下駅田園調布に到着する。周辺には、東急の始祖にあたる田園都市株式会社が開発した高級住宅街が広がっている。ここから南は複々線区間となり、方向別2面4線方式のホームが目黒線の終点である日吉駅まで6駅連続している（ただし元住吉駅は東横線の通過線を含めて2面6線）。田園調布の次、多摩川では東急多摩川線と接続。元々は目黒 - 蒲田間で1路線（目蒲線）であったが、2000年8月6日に路線が目黒線と東急多摩川線の2つに分割された。
多摩川を渡ると川崎市中原区に入り、新丸子を過ぎると間もなく南武線・横須賀線との接続駅武蔵小杉である。武蔵小杉は再開発され、50階を超える高層マンションが林立している。新丸子 - 武蔵小杉間が、東横線で一番駅間距離が短い区間である（約500m）。
武蔵小杉は、目黒線開業時から長らく始発・終着駅として機能していたが、2008年6月22日に同線が2つ先の日吉まで延伸開業した。現在でも、元住吉車庫への出入庫を兼ねた東横線・目黒線ともに当駅止まりおよび当駅始発の運用が存在する。
武蔵小杉を出ると、東横線はそのまま高架線を進み、目黒線はその直下の地上線を進む。用地の問題などからそのまま高架複々線化させるのが難しかったため、元住吉駅手前までの区間はこのような上下2段構造である。かつて、この目黒線の線路は東横線の本線だったが、現在は前述した通り目黒線のほかにも元住吉検車区の出入庫列車が走行している。
元住吉は2006年9月にリニューアルされ、島式ホーム2面4線の地上駅から、東横線では唯一の通過線2本を持つ島式ホーム2面6線の高架駅となった（後述）。
元住吉を過ぎ、矢上川を渡ると横浜市港北区に入り、地下駅の日吉に到着する。周辺には慶應義塾大学日吉・矢上両キャンパスのほか、日本大学中学校・高等学校もある文教地区である。また、港北ニュータウン経由で横浜線中山駅とを結ぶ横浜市営地下鉄グリーンラインが2008年3月30日に開業した。ここで複々線区間（目黒線との並走）は終了である。
日吉を出ると、高架線を次の綱島までほぼ直線で進む。東横線で一番駅間距離が長い区間である（約2.2km）。東横線の中で最も表定速度の速い区間の一つで、各駅停車でも時折110km/hほどのスピードが出ることがある。
かつて「東京の奥座敷」と呼ばれた綱島温泉郷を有する温泉街だった綱島だが、現在は港北ニュータウンや鶴見地区方面からの路線バスが発着するバスターミナルを持つハブ駅となっている。そのため、乗り換え駅では無いが綱島を利用する客は多い。
綱島を出ると、すぐに鶴見川を渡る。次の大倉山を過ぎると、東海道新幹線と環状2号線を潜り、島式ホーム2面4線の地上駅菊名に到着する。JR横浜線との接続駅であり、東海道新幹線の新横浜駅までは横浜線で1駅。自由が丘と同様ほぼ終日にわたり緩急接続が行われており、副都心線の直通運転が始まるまでは、日比谷線（からの）直通電車が折り返していた。周辺には古くからの閑静な住宅地が広がっている。
この区間は、横浜市北部の住宅地の間を縫うように線路が続いている。
相対式ホーム2面2線の妙蓮寺は、かつて改札口が上りホームにしか無く、下りホームへは地下通路を通るという東横線内の駅としては珍しいタイプの駅だったが、2000年代に入ると下りホームにも改札口が新設され、その後さらに待合室とトイレ（上りホームのみ）も設置された。
次の白楽の手前で横浜市神奈川区に入る。神奈川大学横浜キャンパスまでの間には六角橋商店街があり、大学生で溢れ返っている。白楽は相対式ホーム2面2線の橋上駅であり、ホームの真上のみに改札口があったが、2002年になると上りホーム側に西口改札が新設された。
横浜上麻生道路の上にある相対式ホーム2面2線の高架駅東白楽を過ぎると、電車は地下に入り、次の反町に滑り込む。地下駅化以前は東白楽駅から続いていた高架線が国道1号を跨ぎ終わった直後の箇所に相対式2面2線方式のホームがあり、横浜駅寄りにはトンネルが存在していた。
反町を過ぎ、横浜の手前で横浜市西区に入る。横浜は島式ホーム1面2線の地下駅である。ここから先は、直通運転先の横浜高速鉄道みなとみらい線に入る。高架駅時代はこれより先、高島町を経て桜木町まで自社線として東横線が延びていたが、みなとみらい線の開業に伴い、2004年にこの区間は廃止された。2003年1月に東急が発表した報道発表資料においては、2004年1月30日終電をもって高島町駅および桜木町駅の営業を終了・廃止し、終電後から始発前までに東白楽駅 - 反町駅間において地下線に切り替え作業を実施し、翌31日からは乗務員の習熟訓練・営業運転開始に伴う機器調整等を行うため、渋谷 - 横浜間のみの区間運転を行い、横浜高速鉄道みなとみらい線の開業はその約1週間後を予定するとされていた。
ところが、みなとみらい線開業まで横浜から桜木町駅において代行バスを用意するよう国土交通省からの指示もあったことから、この区間運転期間を最小限に止めるため、同年7月に発表された報道発表資料では2月1日に開業するとされた。
そこで、発表された計画を一部変更し、開業3か月前の2003年11月上旬に横浜高速鉄道所属車両であるY500系1本（Y516編成）、東急からは9000系1本（9008F編成）を、長津田工場から東白楽駅付近に仮設された地下搬入線路までトレーラーで陸上輸送し、みなとみらい線内に搬入し、横浜 - 桜木町の廃止前に反町 - 元町・中華街間での試運転を先行して実施した。このことは、一部の報道機関が取材に訪れるなど話題となった。これにより、桜木町駅営業終了から僅か1日置いた2月1日の開業にこぎ付けた。1月31日の臨時ダイヤでは、渋谷 - 横浜間のみの運行とし、横浜駅ですべての乗客を降ろした後、みなとみらい線内は最終訓練を兼ねて回送をするというダイヤが組まれた。
2011年（平成23年）1月25日付けで、国土交通省は鉄道事業者に対しホームドアの設置計画の提出を求め、同年2月8日に公表された報道発表資料によると、東横線はすべての駅にホームドアを設置すると記されている。この時公表された整備計画では具体的な設置時期については検討中としていたが、2015年1月9日に東急電鉄は2020年を目標に東横線内全駅の設置を目指したいと発表している。そのため、駅手前および駅構内に、自動的にブレーキを掛けてホームの定位置に列車を停止させるTASC（定位置停止装置）の地上子を設置しており、駅での停車時には、TASCによるブレーキが列車に掛かるようになっている。渋谷駅のホームドアについては2013年3月16日の副都心線への直通運転開始と同時に地下に新設されたホームに設置されている。なお、横浜高速鉄道側は未発表である。2017年度の朝ラッシュ時の最混雑区間は祐天寺駅 → 中目黒駅間で、ピーク時（7:50 - 8:50）の混雑率は168%である。
沿線に多くの住宅地を抱える東横線は、かつてはラッシュ時の混雑が激しく、輸送力増強が急務となっていた。1976年度以前は混雑率が230%を越えていたが、1977年度に新玉川線が開業して混雑率が210%を下回った。その後は混雑率が概ね200%前後で推移していたが、1990年度をピークに輸送人員が減少したことにより、2002年度以降は混雑率が概ね170%前後で推移している。
近年の輸送実績を下表に記す。表中、最高値を赤色で、最高値を記録した年度以降の最低値を青色で、最高値を記録した年度以前の最低値を緑色で表記している。
戦後、東横線の利用者数が増えるにつれて編成数の増加などを行い、1969年（昭和44年）の8000系（2008年運転終了）の登場以降、3つドア18m車から、4つドア20m車のみの増備となった。これに伴い前者は、日比谷線直通電車だけで運用されるようになった。昭和末期になると、さらに混雑が深刻化したため、東横線渋谷 - 桜木町（当時）間を運行する列車は順次20m車8両編成へと増強された。
東横線の輸送需要増大に対応する抜本的対策の一つとして「東横線沿線から都心方面に向かう第2ルートの確保」が検討され、その結果として行われたのが「東横線・多摩川園駅 - 日吉駅間4.8kmの複々線化」と「旧目蒲線・目黒駅 - 多摩川園駅間の大規模改良」の実施による目蒲線経由での地下鉄への直通運転である。この工事の完成により、目蒲線改め目黒線経由での南北線・都営三田線への直通運転が行われている。
事業着手当時、田園調布駅 - 多摩川園駅（現・多摩川駅）間は西側2線が東横線、東側2線が目蒲線の線路別複々線であった。事業後は目蒲線の蒲田直通をやめて日吉方面に直通させるため方向別複々線に配線を変更、田園調布駅を地下化、多摩川園駅を高架化し、多摩川園駅では蒲田方で折り返し運転となる目蒲線蒲田方面（現・多摩川線）のホームを新たに地下に設置、 田園調布方向に地上との連絡線を設ける工事が行われた。
また、多摩川園駅 - 武蔵小杉駅間は、橋梁・高架線の拡幅・増設によって複々線化された。多摩川園駅の日吉方にある多摩川橋梁は複々線形式での全面架け替えが行われている。この工事は1999年5月15日に完成した。そして翌2000年8月6日、多摩川園駅を「多摩川駅」に改称し、同時に東横線の急行停車駅となった。多摩川駅を境に目蒲線は2つの路線に分離されている。
目黒線の武蔵小杉駅までの開業に引き続き、目黒線を日吉駅まで延伸する形での複々線化工事が2002年から着工された。
この第一段階として、2006年9月24日に武蔵小杉駅 - 日吉駅間が新たに完成した高架線への切り替えが行われた。この際に生じた事柄は以下の通りである。
その後、工事の進捗により2007年8月23日のダイヤ改正から、日吉駅の待避線と引き上げ線の使用を中止し、これらを目黒線のものに置き換える工事が開始された。
かつて東横線が使用していた線路の一部を整備して目黒線用の線路とし、同線を2008年6月22日に日吉駅まで延伸させた。
東横線は、2013年3月16日より開始された東京メトロ副都心線との相互直通運転に合わせ、優等列車である特急・通勤特急・急行を現行8両編成から10両編成に増強した（後述）。これに伴い、優等列車停車駅においては10両編成の列車が停車できるように、2両分のホーム延長工事を実施した。優等列車が停車しない駅でも非常時に停車できるようにするため、順次2両分のホーム延長工事を施工している（通常は延長部を柵で塞いでおり、ホームドアも設置されない）。
土休日に2.5往復（元町・中華街行き2本、元町・中華街発3本）が運行されている、東急初の座席指定列車。全列車が副都心線を経由して西武池袋線まで乗り入れ、1往復は西武秩父線西武秩父駅発着となる。座席指定券は通過駅を含む東横線各駅の自動券売機で発行する。
10両固定編成の西武40000系が専用で使用される。特別料金不要の列車としては東横線・みなとみらい線の最速達種別。特急料金は不要で、乗車券のみで利用可能。平日は昼間のみ、土曜・休日は早朝・深夜をのぞく終日にわたって10両編成で運転される。上下線の全ての列車が自由が丘駅と菊名駅で各駅停車に接続するほか、上り線の池袋線直通小手指行き・飯能行きは、武蔵小杉駅にて、元住吉駅で追い抜いた池袋行き各駅停車に連絡する。所要時間は渋谷駅 - 元町・中華街駅間35分（一部例外あり）。平日始発から朝ラッシュ時までと、夕方から終電までは特急は運転されず、代わりに通勤特急が運転される。ほとんどの列車が東京メトロ副都心線に直通し、直通先の副都心線内ではほとんどの列車が急行となる。一部時間帯に和光市駅発着が設定されている以外は副都心線を経由して西武池袋線または東武東上線に乗り入れており、西武池袋線直通は主に小手指駅・飯能駅発着の快速急行として、東武東上線直通は主に森林公園駅発着の急行としてそれぞれ乗り入れる。主な運行開始の理由としては、東日本旅客鉄道（JR東日本）の湘南新宿ライン運行開始に先立ち、その対抗手段としての渋谷駅 - 横浜駅 - 桜木町駅（当時）間における競争力強化である。また、2000年8月6日のダイヤ改正より武蔵小杉駅 - 田園調布駅間において複々線の併用が開始（目黒線の開業）されたことで東横線のダイヤに余裕が出たことに加え、同日から急行が多摩川駅に停車するようになった。その結果、ダイヤ改正当時の急行通過駅（12駅）と同停車駅（11駅）の比率が逆転し、停車駅数が通過駅数を上回るようになった上、同駅・田園調布駅・自由が丘駅と3駅連続停車が生じたことや到達時間が延びたことで、利用客からクレームが頻発し（ほぼ1駅おきに停車することから、各駅停車をもじって「隔駅停車」と揶揄された）、新たな上位速達列車の導入を求められたことなどが挙げられる。
2016年3月26日のダイヤ改正で、東横線・みなとみらい線内特急・副都心線内急行・東武東上線内急行・西武線内快速急行の組み合わせとなる列車には「Fライナー」の愛称が付与されている。
なお、「東横特急」は東急の登録商標（登録番号第4857386号）である。平日の朝夕ラッシュ時間帯と夜間に特急の代わりに運転される速達列車である。特急と同様10両編成で運転される。特急停車駅に加え、日吉駅とみなとみらい線の馬車道駅・日本大通り駅に停車し、自由が丘駅と菊名駅で各駅停車に連絡する。これに加えて元住吉で各駅停車を追い抜く通勤特急もある。現在は朝ラッシュ時間帯に上り10本と下り6本の計16本、夕方以降の時間帯に上り27本と下り26本の計53本、合計69本が設定されている。土曜・休日ダイヤでの運行はない。上り2本を除く全ての列車が東京メトロ副都心線に直通し、直通先の副都心線内では主に通勤急行となる。東上線内は主に普通（一部急行）、西武有楽町線・池袋線内は主に快速（一部快速急行・準急・各駅停車）となる。車両の行先表示や、駅構内に設置されている一部の発車標では、表示スペースが狭いこともあり「通特」と省略の上で表示されている。また、英語表記は「Com. Exp.（=通勤急行）」「Commuter Limited Express」などの表記揺れがあり、統一されていない。東横線・みなとみらい線の速達列車の中では最も停車駅が多い種別であり、毎日終日にわたり運転される。特急と同様、上下線の全ての列車が自由が丘駅と菊名駅で各駅停車に接続する。日中は主に8両編成が使用され、朝ラッシュ時間帯全列車・夕ラッシュ時間帯の半数の列車と日中の一部列車は10両編成が使用される。渋谷駅発着で運転される一部列車を除き東京メトロ副都心線に直通し、直通先の副都心線内では主に平日朝ラッシュ時間帯が急行・通勤急行となる以外は各駅停車となる。日中は大半が8両編成の和光市行きとなり、朝晩は10両編成の運行や西武池袋線小手指・清瀬行きや東武東上線志木行きなどが見られる。2駅以上連続して停車する区間が、自由が丘 - 多摩川間（3駅連続）、日吉 - 綱島間（2駅連続）、みなとみらい - 元町・中華街間（4駅連続）と多い。
渋谷 - 横浜間の所要時間は最短29分（元町・中華街までは38分）である。
通常の急行は元住吉駅を通過する。元住吉検車区の出入りのために、以前は元住吉駅を始発・終着とする急行が存在した。しかし、2006年9月24日より元住吉駅が高架化され、駅構内からの入出庫ができなくなったことに伴い、翌25日のダイヤ改正から、それまでの元住吉駅発着の急行はすべて日吉駅・武蔵小杉駅発着に変更された。
7200系以前の車両が急行運用に就く時は「急行」の種別表示札を装着して運用していた。8000系も「急行」の種別表示札を装着していたが、後に方向幕に種別表示を行うようになった。速達列車の通過駅の有効長の関係で、すべての列車が東急・横浜高速鉄道・東京メトロの車両による8両編成で運転されている。主に元町・中華街発着の列車が自由が丘駅と菊名駅で急行または特急（時間帯によっては通勤特急）の待ち合わせをする。東横線は、特急と急行が交互に運転されるので、例えば、自由が丘駅で急行（特急）の待ち合わせをした列車は、菊名駅では特急（急行）の待ち合わせをする。一方、菊名発着の列車は元住吉駅で特急（時間帯によっては通勤特急または急行）の通過待ちを行うが、それ以外では待避を行わない。
日中時間帯は1時間に10本設定されており、内訳は渋谷 - 元町・中華街間を通しで運転する列車（線内完結列車）が4本、副都心線直通 - 元町・中華街間を運転する列車が4本（内訳は、副都心線和光市駅発着が2本、池袋線石神井公園駅・保谷駅発着が1本ずつ）、副都心線池袋 - 菊名間を運転する列車が2本である。すべての列車が直通先の副都心線内でも各駅停車として運転する。また、東京メトロの車両は、東横線・みなとみらい線内のみを運転する一部列車（渋谷 - 菊名間および渋谷 - 元町・中華街間など）にも使用されている。
日中以外の時間帯には、和光市駅より先の東上線志木駅発着（平日のみ）のほか、副都心線新宿三丁目駅発着、池袋線飯能駅（土休日のみ）・小手指駅・所沢駅・清瀬駅発着もある。東横線側では武蔵小杉駅・横浜駅発着、日吉発元町・中華街行きもある。
副都心線との直通運転開始当初は昼間時の渋谷駅発着列車は元町・中華街行と菊名行の各2本ずつであったが、2016年3月26日ダイヤ改正で元町・中華街行4本に変更された（なお、副都心線新宿三丁目駅発着列車は元町・中華街行から菊名行に変更された。2017年3月25日の改正で、日中の新宿三丁目駅発着が池袋駅発着に延長された）。
特急運転開始以前は、日中において多くの各駅停車が、渋谷 - 桜木町間のほぼ中間に位置する日吉で急行の待ち合わせを行っており、始発駅から数えて「急行 → 各駅停車（待避なし） → 各駅停車（日吉で急行待ち）」という順番でダイヤが組まれていた。これは、2011年9月現在の東京メトロ東西線の日中のダイヤにおいても同様の例が見られる。
長らく方向幕に種別表示を行っていなかったが、みなとみらい線開業を控えた2004年1月までに表記を開始した。
2016年3月26日ダイヤ改正時点での東横線・みなとみらい線・副都心線における日中1時間あたりの運行本数は以下のとおりである。
2013年（平成25年）3月16日に東横線渋谷駅 - 代官山駅間（約1.3km）が地下化され、渋谷駅で東京メトロ副都心線との相互直通運転が開始された。
すでに副都心線では2008年の開業時から、途中駅である小竹向原駅で西武池袋線（西武有楽町線経由）と、終点の和光市駅で東武東上線とそれぞれ相互直通運転を実施しており、東横線と副都心線との相互直通運転と同時に、みなとみらい線・東横線から副都心線を介して西武池袋線飯能駅（西武車の一部と東急車10両運用の一部は回送で武蔵丘信号場）および東武東上線森林公園駅に至る、鉄道5事業者（東武鉄道・西武鉄道・東京地下鉄・東京急行電鉄・横浜高速鉄道）による相互直通運転が開始された。これに先立ち、西武池袋線では保谷駅を島式1面2線から2面3線に拡張する工事が行われたほか、2011年夏頃からは東京メトロ7000系 ・東武9050系・西武6000系が終電後の東横線内において試運転を実施していた。また、逆に東急5050系（4000番台含む）が副都心線（及び有楽町線）や東武東上線内、西武池袋線内で試運転を実施していた。2012年9月から東横線では東京メトロ10000系・7000系が、副都心線では東急5050系が先行営業運転をそれぞれ行っていた。これにより、直通運転開始後は廃止される地上の渋谷駅に東京地下鉄の車両が入線することになり、多くの鉄道ファンのほか、一般の利用客にも写真を撮られるなどして注目された。
この相互直通運転開始により、西武の車両が初めて神奈川県内でも営業運転を開始した。
副都心線開業前の2002年初頭、東横線と副都心線との相互直通運転が正式に決まり、東京地下鉄の前身である営団地下鉄側は計画を次のように一部変更した。
一方、東急側ではアプローチとなる渋谷駅 - 代官山駅間の地下化工事完了に伴い、東横線の渋谷駅は地上2階から地下5階にある副都心線渋谷駅ホームに移設し、高架式ホームは廃止となった。今後は、駅舎の撤去などを行い、渋谷駅周辺の再開発事業に活用され、現在離れた位置にあるJR埼京線（湘南新宿ライン）渋谷駅ホームをここに移設する計画である。なお、この副都心線ホームは田園都市線・半蔵門線ホームと改札内での乗り換えが可能であり、これらのホームを一体的に管理するため、副都心線の渋谷駅ホームは、2008年6月14日の開業当初から東急が駅管理業務を行っていた。
副都心線は、開業当初からホームドアを使用したワンマン運転を行っており、かつ、副都心線の車両は10両編成が基本であることから、同線への乗り入れに際し、これらに対応した設備改良が必要となった。このため、2010年度以降に増備された東横線5050系車両は、当初よりATOおよび運転士用ドア開閉ボタンなどを装備し、副都心線におけるワンマン運転にそなえていた。また、副都心線との直通運転開始までに、既存の東横線所属の5000系・5050系にも同様の改造工事を施工し、急行停車駅ではホームの延長工事を行った。従来、東横線・みなとみらい線の優等列車（特急・通勤特急・急行）は8両編成であったが、直通運転後は急行の一部をのぞいて10両編成に増結された。直通運転開始時に10両編成で運用しているのは、2011年から増備された東急5050系4000番台と、他に、東京地下鉄7000系の一部、10000系、東武9000系、9050系、50070系、西武6000系である。
なお、各駅停車については従来通り8両編成での運転となっており、各駅停車のみが停車する駅においてはホーム延伸工事が行われていない。また、副都心線の各駅停車のうち東京地下鉄7000系には8両編成も存在するが、これは東横線・みなとみらい線との相互直通運転において、主に各駅停車としての運用に就くためである。
運行パターンとしては、日中18本/時のうち各駅停車4本/時が渋谷駅折り返しとなる以外はすべて副都心線に乗り入れる。このうち東横線特急が副都心線内急行・西武線内快速急行の最速達列車として運行され、西武池袋線飯能・小手指駅発着が毎時各1本ずつ、東武東上線川越市発着（東上線内各駅停車）が毎時2本運行となる（川越市駅発着は、現在は森林公園駅発着、東上線内急行となっている）。東横線急行（毎時4本運行）は副都心線内各駅停車の和光市駅止まりが基本となり、東新宿駅で後続の急行（東横線特急）を待避する。各駅停車は日中毎時6本が副都心線に直通するが、うち日中毎時2本は副都心線新宿三丁目駅折り返しとなる（現在は池袋駅折り返しとなっている）。
2004年（平成16年）2月1日から、横浜駅で横浜高速鉄道みなとみらい線と相互直通運転を行っている。
横浜駅では東横線の渋谷方面発横浜行き（平日・土休日とも2本ずつ）と横浜発東横線渋谷方面行き（平日2本・土休日1本）および、みなとみらい線の横浜発元町・中華街行き始発電車を除く全列車が直通運転を行っているほか、横浜駅では会社間における乗務員の交代を行わずに東急の乗務員が引き続きみなとみらい線内を通しで乗務すること、横浜高速鉄道の自社車両であるY500系が東横線の元住吉検車区所属であること、みなとみらい線内の駅業務を東急の子会社である東急レールウェイサービスが受け持っていることなど、東横線とみなとみらい線は事実上一体となって運行されている。
1964年（昭和39年）8月29日から、日吉駅 - 中目黒駅 - 営団地下鉄（現在の東京地下鉄）日比谷線北千住駅間で相互直通運転を開始した。その後、1988年（昭和63年）から、日吉駅地下化工事に伴い暫定的に菊名駅まで延長されたが、利用客からの評判が良かったため、継続されることになった。地下化工事終了後は、日中の直通列車は日吉駅までの乗り入れとなったが、目黒線の日吉延伸工事に伴い、2007年8月23日からは終日菊名駅まで直通するようになった。
日比谷線直通終了時点では定期列車の運行区間は主に東横線菊名駅 - 日比谷線北千住駅間であり、朝と夜には東横線武蔵小杉駅や日比谷線南千住駅発着列車も設定されていたほか、平日早朝には下りのみ日比谷線広尾駅始発の菊名行きが設定されていた。武蔵小杉行は原則東急車の運用であるが、平日朝の1本はメトロ車で運用されていた。
日比谷線は北千住駅から先、東武伊勢崎線（東武スカイツリーライン）に乗り入れているが、東横線・日比谷線・スカイツリーライン3線直通列車は設定されておらず、東横線からの列車は北千住まで、スカイツリーラインからの列車は中目黒までの乗り入れとなっていた。
日比谷線直通列車は通常は全列車が各駅停車として運転されたが、臨時列車としてゴールデンウィーク・夏休み・クリスマスなどのシーズンには、日比谷線直通の「みなとみらい号」が運転されることがある（詳細は臨時急行「みなとみらい号」の節を参照）。
2001年の特急運転開始時に、日中における日比谷線直通電車の本数が半減し、1時間当たり4本（15分間隔）から2本（30分間隔）となった。
2013年（平成25年）3月16日の副都心線との直通開始を機に日比谷線との相互直通運転を終了し、東横線は全列車が渋谷・副都心線方面の運行となり、日比谷線は全列車が中目黒までの運行に変更された。日比谷線直通の代替として、菊名発着の渋谷方面行き列車をそれまでの日比谷線直通と同程度の本数運行している。またこの直通運転終了に伴い、東横線における18m車の運行が終了した。
日比谷線直通終了時点で直通列車には東急1000系および東京地下鉄（東京メトロ）03系が使用されていた。車両規格も東横線・みなとみらい線内を走る20m級4つドア大型車体とは異なり、18m級3つドアまたは5つドア中型車体となっている。列車に搭載されている保安設備の関係上、日比谷線に乗り入れていた東急の車両は東武伊勢崎線に乗り入れることができなかった。逆に東武の車両も同様の理由により、東横線内には乗り入れることができない。車両の運用は『MY LINE 東京時刻表』（交通新聞社）の日比谷線のページにおける列車番号欄の末尾「K」の列車は東急1000系、「S」の列車は東京メトロ03系となっていることで判別できた（「T」の列車は東武の車両）。ただし、定期検査時やダイヤが乱れた際はこの限りではなかった。
なお、日比谷線直通用1000系は東横線での運用を終了して元住吉検車区にて留置の後、一部の車両は総合車両製作所にて3両編成化やワンマン運転対応をはじめとする改造工事（同時に1500番台に改番）を受け、2014年5月から雪が谷検車区に転属の上で池上線・東急多摩川線での運用を開始している。
2006年5月、東急・相模鉄道（相鉄）両社の公式ウェブサイトや駅構内掲示板において、2019年4月開業を目標に相鉄線と東急線との相互直通運転を実施する計画が発表された。この相互直通運転実施に向け、日吉駅から相鉄本線西谷駅まで総延長約12.7キロの連絡線が着工される。途中駅として、綱島駅・新横浜駅・羽沢横浜国大駅（JR東海道貨物線横浜羽沢駅付近）を設置するとした。ただし、綱島駅については2008年11月に具体案が明示された際、東横線綱島駅から東側にある綱島街道直下に建設する「新綱島駅」の設置に計画変更し、さらに同駅は相対式2面2線構造の建設計画であったが、2010年秋に行われた地元住民向け説明会においては、相対式2面2線構造から島式1面2線構造に再度変更された（駅名はいずれも仮称）。
相鉄は、この乗り入れ計画とは別にJR東日本との相互直通運転も計画しており、東海道貨物線・横須賀線などの線路を経由して新宿駅までの乗り入れをするとしている。西谷駅 - 羽沢横浜国大駅間（約2.7キロ）を「相鉄・JR直通線」、羽沢横浜国大駅 - 日吉駅間（約10キロ）を「相鉄・東急直通線」と称している。まず、第一期工事として相鉄・JR直通線の工事に着手し、後に第二期工事として相鉄・東急直通線の建設に取り掛かるとしている。相鉄・JR直通線については2009年10月20日に国土交通省から工事施工認可を受け、翌2010年3月25日に起工式が行われた。2016年8月現在、こちらの開業は2019年度下期の予定とされている。
2007年からおよそ1年間、大倉山駅から日吉駅までの一部において相鉄・東急直通線建設に向けた地質調査が行われていたほか、2008年11月末からは、計画区間付近の住民向けの事業説明会も行われた。この事業説明会開催後しばらくは目立った動きが無かったが、2010年9月から計画地域の住民を対象とした説明会が開かれた。2012年10月に国土交通省より工事施工認可が出され、東急電鉄ウェブサイトでは「2014年1月から日吉駅付近の工事に着手」と記載されている。この時点では2019年4月に開業とされていた。しかし、2016年8月になって、2022年度下期への延期が発表された。
相鉄・東急直通線の完成後、平日朝ラッシュ時間帯は14本（うち4本は新横浜駅始発の東急線方面行）運行するとしており、この14本中4本は東横線直通を想定している。東急側の乗り入れ路線は当初、東横線か目黒線どちらであるのか明言していなかったが、相鉄の公式ウェブサイトにおいて本計画を紹介する「都心直通プロジェクト」には東横・目黒両線に乗り入れるものと捉えられる記載があるものの、同ページ内にある「完成後の効果」には、目黒線を利用した場合のみ公表されているなどの理由から、ダイヤ構成等が複雑にならない目黒線への直通が有力とされていた。その後2010年に開かれた沿線説明会では、東横線・目黒線双方への直通運転を行うことを明らかにした。
なお、現在東横線および目黒線との相互乗り入れを実施中の東京都交通局を除く各鉄道事業者は、現時点で方針を明らかにしておらず、渋谷および目黒以北への乗り入れについても未定であるが、唯一明らかとなっている東京都交通局では2019年度より6300形の1・2次車の置き換えおよび相鉄への直通運転対応用として都営地下鉄三田線に新型車両を導入し、2019年度に9編成を製造しその後順次増備する予定であると一度は発表したが、その後本路線の建設の遅れもあり、計画は修正され、2017年度の東京都交通局の調達予定では新型車両の計画が未定とされた。東京都交通局経営計画2016によるとこれとは別に都営地下鉄三田線6300形3次車24編成についてはB修繕工事を実施する計画があるが、その際に列車無線のデジタル化と相鉄線直通対応工事を付帯工事として同時施工する予定であり、6300形も相鉄線に乗り入れする予定である。
この路線が計画された当初（1980年代）は大倉山駅から新横浜駅、鶴ヶ峰駅を通って二俣川駅までを結ぶ計画だった。
空港連絡鉄道として検討が進められている蒲蒲線が開通すれば、東急多摩川線を介して京急蒲田駅方面まで直通運転が可能となる。
旅客営業は行っていなかったが、2000年8月6日の目黒線開業以来元住吉検車区への回送列車として目黒線の車両（3000系・5080系）および同線への乗り入れ車両である都営6300形・東京地下鉄9000系・埼玉高速鉄道2000系（都車は2000年9月22日より、メトロ車は2003年改正より、埼玉車は2006年改正より）が武蔵小杉 - 元住吉間を走行していた。2008年6月22日の目黒線武蔵小杉 - 日吉間延伸開業以降は、目黒線の線路を通って元住吉検車区へ回送されている。
埼玉高速鉄道線浦和美園と都営地下鉄三田線高島平から、元町・中華街に向けて、1 - 2か月に1回の割合で「みなとみらい号」が運行されている。2006年8月運転分までは、武蔵小杉で目黒線から東横線に転線し、東横線・みなとみらい線内を急行列車として運転されていた。しかし、同年12月運転分からはさらに目黒線内でも急行運転を行い、同時に目黒線から東横線に転線する駅も田園調布に変更された。また、元住吉駅で臨時停車を行い、後発の特急列車の通過待ちをする。
日比谷線でも同様に、北千住から元町・中華街まで、1 - 2か月に1回の割合で「みなとみらい号」が運行されている。各駅停車として運転される通常の日比谷線直通電車と異なり、東横線内を急行列車として運転する。2007年3月運転分までは日比谷線内でも急行運転を行っていた。
現在は行楽期に「みなとみらい号」が運行されているが、かつては下記の名称の臨時急行が設定されていた。
東京都の混雑緩和プロジェクト「時差Biz」にあわせて、2018年7月の平日朝6時台に、元町・中華街発和光市行き「時差Biz特急」を運行。種別は、元町・中華街 - 渋谷間が東横特急、渋谷 - 和光市間が通勤急行で、各区間の停車駅はそれぞれの種別と同じである。但し菊名駅での各駅停車への接続はない。
2013年3月18日以降は、平日の始発から9時30分にかけて、8両・10両編成ともに、渋谷寄りの車両である1号車が女性専用車となり、後述の対象区間内を走行中は他社線区間も含め全区間において実施される。それ以外の時間帯、土曜・休日ダイヤでは実施されない。対象区間内を走行中に9時30分になると車掌が女性専用車の実施を終了する旨のアナウンスを行う。
対象区間は以下の通り。
毎年8月1日にみなとみらい線沿線で開催される神奈川新聞花火大会開催に伴う多客時輸送や事故などの影響でダイヤが乱れた際には、全列車を各駅停車とするなどして、女性専用車の実施を中止する場合もある。
東横線の女性専用車は、2005年7月25日に初めて導入された。この際は、平日の特急・通勤特急・急行で終日、横浜寄りの先頭車である8号車に設定されていた。首都圏で女性専用車が終日導入されたのは初めての試みであり、各種メディアにおいても話題となった。ところが、この終日導入と設定位置に対し、日中および夕ラッシュ時間帯以降における渋谷方面行の利用状況が低いことや、菊名駅で発生した諸問題（詳細は「菊名駅#菊名問題」を参照）が原因で同駅を利用する男性客を中心に大きな反発を受けた。
そのような経緯から、2006年7月18日に設定時間帯の縮小ならびに設定車両の変更を実施した 。この時点での実施対象列車は平日の始発から10時までの上下線と、渋谷駅を17時以降に発車する下り線の特急・通勤特急・急行で、中間の5号車が設定対象とされた。中間車が割り当てられたことから、女性専用車であることが目立つように窓のほかにドア部分とドア上、さらには車体の側面戸袋部分にも「女性専用車」と書かれたステッカーが貼られた。
また、2006年7月14日まで、9000系の8号車には、女性専用車の設定位置を強調する目的と企業とのタイアップの目的を兼ねて、一部編成をのぞいた車体に、TBSのテレビドラマ広告がラッピングされていた。
2013年3月16日（平日ダイヤでは3月18日）より、副都心線との直通運転開始後は、女性専用車は上下線ともに渋谷寄りの1号車に、運用時間が平日の始発から9時30分までにそれぞれ変更された。副都心線、その他乗り入れる東武鉄道・西武鉄道各路線の女性専用車の位置と統一される形となった。
田園調布駅 - 日吉駅間の複々線区間で並走している目黒線の停車駅などについては東急目黒線を参照。
※日付は最終営業日の翌日
どの列車がどの車両で運転されるかは列車番号で判別できる。列車番号末尾アルファベットの「S」が東京メトロ車両（8両編成は01S〜19S／10両編成は21S以降の奇数）、「M」が西武車両（02M以降の偶数）、「T」が東武車両（01T以降の奇数）、「K」が東急車両（8両編成は01K〜49Kで横浜高速鉄道車両と共通運用／10両編成は51K以降）となっている。また、東横線・みなとみらい線内における6桁の列車番号の1桁目によっても判別が可能となっており（2桁目・3桁目は運用番号）、「0」が東急・横浜高速車両、「1」が西武車両、「7」が東京メトロ車両、「8」が東武車両となっている（例えば「01K」は東横線・みなとみらい線内は「001」となる）。列車番号は『MY LINE 東京時刻表』（交通新聞社）などにより確認ができる。
2013年3月16日改正ダイヤでは、東急・横浜高速車両では東京メトロの和光検車区に8両編成2本と10両編成2本が、西武の武蔵丘車両基地に10両編成1本が、同じく西武の清瀬駅に8両編成1本がそれぞれ夜間留置となる「外泊運用」が組まれている。逆に、元住吉検車区には東京メトロ車両の8両編成2本・10両編成3本および西武車両1本がそれぞれ夜間留置となる運用が組まれている。
全車両、元住吉検車区所属
各車両形式の詳細については、それぞれの車両記事を参照のこと。
東横線ではほとんどの駅が発車ブザーを使用しているが、一部の駅では発車ベルメロディが使用されている。渋谷駅は地下化当初よりオリジナル曲（向谷実作曲）を、新丸子駅・武蔵小杉駅は川崎フロンターレの応援歌の編曲を採用している。発車ベルメロディではないが、2013年3月15日までの渋谷駅地上時代には到着ベルメロディとして渋谷駅1 - 4番線すべてで下記のものが期間限定で使用された。
かつては以下の3か所の駅でドアカットが行われていたが、現在はすべて解消されている。