西武101系電車 新101系・301系
8両編成では行楽客向けの池袋 - 西武秩父直通の快速急行などに長らく充当され、「奥武蔵」など愛称の付いたヘッドマークが掲出される場合もあった。しかしこれも2010年（平成22年）3月6日のダイヤ改正以降は4ドア車での運転となり、代走以外では見られなくなった。
以降においても多客シーズン（春の羊山公園での芝桜シーズン・秋の巾着田での曼珠沙華シーズン・秩父夜祭開催時）の臨時列車などで使用された。
秩父鉄道乗り入れ
基本の運用パターンとしては、西武線内においては4両2本を連結した8両で運転し、横瀬で分割併合を行うことで西武秩父方4両が三峰口方面へ（西武秩父で折り返し）、飯能方4両が長瀞方面へ直通する、という形になる。101系では8編成4組（227 - 241編成）が対応改造を受けており、都合上組成順序を固定（基本的にはペアも固定）していた。
直通列車としては主に池袋からの快速急行や飯能からの各駅停車があり、また秩父鉄道線内の各駅停車にも間合いで充当された。
1989年（平成元年）4月1日に4000系の乗り入れが開始され、101系は一足遅く同16日に秩父鉄道への乗り入れを開始した。この時点では8編成しかいなかった4000系を補完する形で使用されている。
ただし4000系との明確な違いとして、3扉ロングシートである上に2両編成を連結できることから、ラッシュ時の運用にも充当可能という利点があった。結果として最後まで残った運用は平日朝ラッシュに10両で上り、折り返し直通列車になる（途中駅で飯能方2両切り離し）というものであった。
乗り入れ区間は下り方が三峰口、上り方は当初野上までであったが、1992年（平成4年）4月1日に寄居まで延長された。なお特筆的なこととして、長瀞方面の列車では行先表示に途中の長瀞を入れて「長瀞,野上・三峰口」「長瀞,野上」「長瀞,寄居・三峰口」としており（「寄居」は単独）、逆に秩父鉄道からの池袋行きでは「池袋」の下に「西武線経由」の表示を行っていた。これらは4000系も同様である。
同1992年10月には4000系が増備され、同車は全12本が出揃った。結果として1993年12月16日のダイヤ改正では定期運用が消滅し、不定期列車を残すのみとなった。さらに秩父鉄道でのATS導入もあって1994年には2編成が元の仕様に戻され、2月以降101系は6編成3組（227 - 237）の体制となっている。
その後、2001年（平成13年）12月15日のダイヤ改正で最後の不定期列車1本も消滅、2003年には完全に撤退し8月までに対応仕様も解除された。
豊島線
8両編成の各駅停車が池袋 - 豊島園間で運転されていた。このほか2008年6月14日のダイヤ改正以前は4両編成の線内運用も存在した。
狭山線
4両編成の線内列車の他、池袋 - 西武球場前間の直通列車、野球開催時や西武ドームでのコンサート開催時の臨時列車で運転される事があった。
当初は僅かにしか配置されておらず、1980年（昭和55年）3月17日のダイヤ改正直後は全て池袋線配置となった。しかし翌1981年からは前述した701系列との連結対応改造を行った編成（オリジナル車との連結は不可）が新宿線に配置されるようになり、本数の増減はありながらも次第に数を増やしていった。なお701系列引退後の1998年（平成10年）には元の仕様に戻されている。
非ワンマン車の定期運用は池袋線より一足早く、2011年（平成23年）3月5日のダイヤ改正で消滅した。ワンマン車の運用は後述する。
新宿線・拝島線
池袋線同様8・10両編成での運用で、西武園線や多摩湖線への直通列車にも充当された。
多摩湖線
萩山以南の線内運用については1996年（平成8年）に本系列で統一された。その後1998年8月21日にワンマン化されている。一方萩山以北は朝や休日の西武新宿からの直通列車や線内運用の通し運転が僅かにある程度で、その他小平折り返しの運用は主に2000系が使用されていた。
国分寺線
現在の6両編成のほか、かつては4両編成での運用も存在した。2010年（平成22年）3月6日のダイヤ改正で2+4両での運用も無くなり、4両編成の廃車とワンマン化が進んだことから、以降の運用はなくなった。
西武園線
4両での線内列車や8両での西武新宿 - 西武園間の列車で運用された。2011年（平成23年）2月にワンマン化のため入場した245編成を最後に新宿線系から4両編成が消え、同線での運用もなくなった。
非ワンマン車の定期運用終了にあたり、直後の2012年（平成24年）12月9日には「さよなら101系・301系イベント」が開催された。西武球場前駅を第1会場、横瀬車両基地を第2会場とし、あわせて101系2両編成3本を連結した6両編成による「101系さよなら運転ツアー」も実施、また301系による快速西武球場前行きの臨時列車も池袋から運転された。
西武球場前ではツアー列車の281編成（+285編成+271編成）と309編成を並べて、横瀬車両基地では旧101系保存車のクハ1224、ツートンカラーの271編成（ツアー列車から切り離し）、ツアー列車の281編成（+285編成）と3並びで、それぞれ展示が行われた。
当初は多摩湖線でのみ使用されていたが、2010年（平成22年）には多摩川線にも範囲を広げ、次第に西武園線にも顔を出すようになった。その後2021年（令和3年）には多摩湖線・西武園線での運用を終了し、狭山線に活躍の場を移した。
多摩川線での運用にあたっては#ワンマン車の運用で述べた通り定期的に本線側とで車両の入れ替えが行われている。そしてこのとき行われる甲種輸送に際して、2010年以降は同じくワンマン車の263編成を牽引車として使用するようになった。結果として本線側においては263編成と多摩川線に行く編成（来る編成）とで2本が運用を離れることとなり、2本分の予備を要する形になっている。しかしこれは度々不足する場合があり、その際には2000系の4両編成が南入曽からの貸し出しで運用される。
狭山線
2021年（令和3年）より、小手指所属車両により運転されている。ワンマン運転はせず車掌乗務となる。なお池袋線系統での3扉車の運転は2014年（平成26年）末の3000系引退以来約6年ぶりのことであった。
狭山線の入出庫時の回送は西所沢駅の引き上げ線で折り返すものと所沢駅の6番線で折り返すものとが半々程度で存在するため、回送列車としては西所沢 - 小手指間だけでなく、所沢 - 西所沢間も走行する機会は多い。
2021年2月1日より、多摩湖線運用終了に先立って263編成が運行を開始した。翌3月には多摩川線から戻った251編成と検査を終えた241編成、4月には259編成と順次狭山線に投入され、新2000系4両編成3本を置き換えた（同車は新宿線に転属）。この時点で多摩川線にいた4編成についても、4月に253編成、7月に247編成、11月に249編成、1月に245編成が初入線している。先に257・261編成が廃車となっているため当初は4本体制、2022年（令和4年）3月に259編成が廃車となってからは3本体制で2つの運用を賄っている。
多摩川線の車両と交換を行う際にはその都度、小手指と玉川上水との間で転属が行われる。現在は3本体制のため、加えて2000系の貸出も毎度行われる。
多摩川線
2010年（平成22年）以降、玉川上水所属車両によって白糸台車両基地を拠点に運用される。
独立した路線であるが、概ね3か月に1度の甲種輸送により本線側の車両と交換を行っており、多摩川線に来た車両は1年程度で本線側へ戻る。なお、この車両の入れ替えは前述の通り2000年代に一時中断されており、再開と同時に新101系への置き換えが進められた。
基本的に後期に改造を行った6編成（241・245 - 253編成）が多摩川線に対応しており、そのうちいずれか4本が白糸台に常駐する。しかし例外もあり、これ以外にも259編成が一度だけ入線している。
旧101系ワンマン車の置換え用として2010年3月からリニューアル車が投入され、同年11月以降は全列車が新101系となった。新101系投入初期における入れ替えの状況を下表に示す（太字は初入線）。
以降は毎年1・4・7・10月に行われていたが、2022年（令和4年）4月の次は6月に実施され、以降は3・6・9・12月となっている。このほか2021年1月の入れ替えは降雪予報のため中断され、2月に再施行された。
多摩湖線・拝島線
2021年（令和3年）（令和3年）まで玉川上水所属車両により運転されていた。
1998年（平成10年）8月21日の国分寺 - 萩山間ワンマン運転開始以降は、9000系に置き換えられるまで線内完結列車は基本的に全て101系ワンマン車により運転されており、新101系3本に多摩川線対応の旧101系1本を加えた4本体制で3運用を賄っていた。
その後2008年（平成20年）1月に225編成が撤退してに新101系へ統一、入れ替わりで3月に263編成が投入されている。さらに2011年（平成23年）7月に245編成が投入されたことで予備2本の体制となった。そして2013年（平成25年）2月に241編成が投入、3月16日から運転系統変更とともに全区間がワンマン化され、4運用となっている。
なお改造後直接多摩川線に投入された4編成の初入線時期は247編成が2010年12月、249編成が2011年9月、251編成が2011年8月、253編成が2011年10月である。
多摩湖線関係では運用の兼ね合い（入出庫）により、小平 - 西武遊園地間や小平 - 玉川上水間といった形で拝島線での運用が設定されていた時期もあった。
2020年（令和2年）からは国分寺駅へのホームドア設置（2021年2月24日未明）のため9000系への置き換えが進められた。
2月に257編成が廃車となり、10月から9000系が投入、11月には261編成が廃車となった。翌2021年1月には甲種のため263編成と245編成が離脱、残る241・259編成も2月7日をもって一旦運行を終了した。その後、同18日から22日まで5日間限定で「ありがとう101系多摩湖線ラストランウィーク」として、赤電カラーの259編成が最後の運行を行った。
なお9000系の投入は101系の投入よりローペースで進められ、時折2000系が半ば日常的に使用されていた。
西武園線
2021年（令和3年）まで玉川上水所属車両により、多摩湖線運用の間合い的に運転されていた。ワンマン運転はせず車掌乗務となる。
2011年（平成23年）からは前述の通り予備2本の体制となり運用に余裕があったことから、12月以降稀に線内列車に充当されていた。さらに2019年（平成31年）3月16日のダイヤ改正より、同路線における入出庫の拠点が南入曽から多摩湖線と同じ玉川上水へ変更されたことで充当される機会が大幅に増えた。なお同時に同路線内での編成の向きが逆となっている。2021年2月の多摩湖線撤退後も、259編成が短期間ながら玉川上水に残され西武園線運用に使用されていたが、3月末に撤退し同編成は4月1日に小手指へ転属した。
臨時運用など
基本的に車掌乗務・自動放送なしで運転されている。
新宿線系統でダイヤ乱れが発生した際、西武園線運用の新101系ワンマン車が急遽国分寺線で使用されることもあった。
2014年（平成26年）12月20日には3000系3011編成（『銀河鉄道999』デザイン電車）の引退イベント開催にあわせ、1日限りで253編成が狭山線内の定期列車に充当された。同日は西武球場前駅での展示も行われている。この時点では狭山線の行先表示はなく、白幕での運用となった。池袋線系統での101系の営業運転は2012年の非ワンマン車引退後初であり、またワンマン車の狭山線運用も初のことであった。
2016年（平成28年）3月24日には武蔵丘 - 西武秩父間で261編成による試運転が行われた。
2019年（令和元年）10月14日には西武秩父線開通50周年を記念して、ツートンカラーの245編成が飯能 - 西武秩父間の定期列車（2往復）に充当された。特製ヘッドマークを装着し、行先表示を前面窓に貼り付けて白幕で運転された。3日間の運行予定であったが、台風19号の影響により12日朝から13日昼過ぎにかけて路線自体が運転を見合わせており、この2日の分は中止される形となた。
2022年（令和4年）と2024年（令和6年）の6月、西武電車フェスタ開催に伴う飯能 - 高麗間の臨時列車に使用された。2022年は湖風号カラーの251編成、2024年は263編成が使用され、ともに臨時幕で運転されている。
その他
2016年（平成28年）8月22日、台風の影響により西武遊園地駅 - 武蔵大和駅間で土砂崩れが生じ、261編成が脱線した（日本の鉄道事故 (2000年以降)#西武多摩湖線脱線事故）。
同編成は8月28日に保線用モーターカー（3重連）の牽引により回田信号場まで移動、同日深夜に引き続き萩山まで牽引された後、折り返し263編成の牽引で玉川上水へ向かった。
その後9月末に誤開扉防止装置取付後の試運転で事故後初めて本線を自走、10月頭に武蔵丘車両検修場へ入場。これらはクハ1262のスカートが取り外された状態で運転されている。そして半年ほど前倒す形で全般検査を実施、同月末より運用に復帰した。
新101系2両編成
新101系4両編成
新101系秩父鉄道対応車
301系8両編成
新101系更新車4両編成
新101系263編成
凡例
CONT：主制御器
MG：電動発電機
SIV：静止形インバータ
CP：空気圧縮機
BT：蓄電池
新101系は2004年に2両編成から廃車が開始され、4両編成は翌年から、301系は2008年から廃車が開始されている。2012年末で非ワンマン車は全て廃車となったが、このうち一部は他社へ譲渡されている。以下、譲渡が発生した編成を太字で示す。
2004年度（平成16年度）
2005年度（平成17年度）
2007年度（平成19年度）
クハ1255・1256 - 2008年3月7日に除籍。255編成は2007年11月13日に武蔵丘へ回送されていた。
クハ1255・1256は15日に281編成と279編成のプッシュプル（281編成+クハ1255+クハ1256+279編成の組成）により横瀬へ回送。その後5月下旬に解体。
モハ255・256は279編成とともに武蔵丘車両検修場へ入場。263編成へ改造された。
2008年度（平成20年度）
以降、譲渡は別途記載する。
2008年度廃車分の譲渡
2010年度（平成22年度）
2010年度廃車分の譲渡
2010年9月27日には流鉄向けに方転・改造した5002編成「流星」（元275編成）が譲渡された。
それまで譲渡車の改造においては甲種輸送への準備を済ませた状態で出場し、E31形のプッシュプルにより回送されていたが、同車が引退したため電車牽引で終電後の運転となった（飯能での折り返しがあるため、263編成での単純な牽引は不可）。従来と異なり密連装備（反射板は取付済）で出場し、武蔵丘→飯能は4000系、飯能→小手指は287編成+271編成により牽引された。甲種時の小手指→新秋津も今回からE31形ではなく263編成の牽引となる。
2011年度（平成23年度）
2012年度（平成24年度）
2012年度廃車分の譲渡
非ワンマン車の引退から約7年後、ワンマン車の廃車も開始された。
2019年度（令和1年度）
2020年度（令和2年度）
2021年度（令和3年度）