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京葉線 沿線概況
八丁堀駅を出ると右へカーブして鍛冶橋通りから分かれ亀島川を潜る。カーブを抜けて南東を向くと隅田川と晴海運河を潜って江東区に入り、都営地下鉄大江戸線（地下）を跨ぐと越中島駅に至る。東京23区内のJR駅で最も利用客数が少ない駅だが、駅直上に東京海洋大学越中島キャンパスがあるため、大学生の利用がある。越中島駅は、大江戸線の月島駅と門前仲町駅との間の線路のすぐ近くにあるが、大江戸線に駅はない。隅田川の河底を通過する八丁堀 - 越中島間では水害（洪水）に備え、トンネルの全断面を閉鎖する「防水扉」を設置している。
越中島駅を出ると道路の直下を通り、左へカーブして汐浜運河と平久川を相次いで潜る。カーブを抜け東を向くと首都高速9号深川線と交差し、33‰の急勾配で地上に出る。このトンネルの出口は東京支社と千葉支社の境界でもある。ここまでの区間は成田新幹線用に検討された用地を活用して建設された区間で、同新幹線はこのまま東進して東京メトロ東西線に並行する予定であった。京葉線は越中島貨物駅の横を通り、高架を上りながら右へカーブして南東を向き汐見運河を渡って潮見駅に至る。駅周辺は駅開業前は倉庫や造船所、鉄工所といった典型的な準工業地域であったが、駅開業を機に集合住宅開発が急速に進行し、現在は集合住宅や大型商業施設が混在する地域となっている。
京葉線 沿線概況
潮見駅を出ると右へカーブして南を向き、右側の潮見GATE SQUAREを過ぎると曙運河を高い高架で渡る。この高い高架からは右手に東京アクアティクスセンターや、丸太が貯留されている広大な新木場を、左手に夢の島を見渡すことができる。東京辰巳国際水泳場が見えると左へカーブし、大規模なトラス橋（夢の島橋梁）で曙運河と国道357号（東京湾岸道路）、首都高速湾岸線を跨ぎ、カーブを抜けて東を向き右手から東京臨海高速鉄道りんかい線と東京メトロ有楽町線が合流して新木場駅に至る。駅南側は駅名の通り木材関連企業が多いが、近年は開発が進みNECソリューションイノベータの本社など大企業のオフィスも軒を連ねるようになったほか、駅北側はスポーツ公園や熱帯植物園のある都立夢の島公園となっている。
京葉線 沿線概況
新木場駅を出ると、国道357号（東京湾岸道路）と首都高速湾岸線と並行して進む。間もなく高架を下り、一層下の東京臨海高速鉄道りんかい線の連絡線と合流する。この連絡線は京葉線と東京臨海高速鉄道りんかい線が共に東京外環状線の一部として計画された名残で、現在定期列車は運転されておらず、京葉線 - 埼京線方面の一部の団体列車などがこの連絡線を使用する。右へカーブすると右手に東京地下鉄新木場車両基地の引き込み線が分かれ、荒川（放水路）を渡る。この橋梁は荒川と中川の河口に架橋されており、右側には東京湾が広がる。荒川を渡ると江戸川区に入り、左側の首都高速葛西ジャンクション、右側の葛西臨海公園付近を過ぎると右へカーブし南東を向き葛西臨海公園駅に至る。駅南側の葛西臨海公園は行楽地として賑わっているのに対し、駅北側は東京都下水道局葛西水再生センターがあるほか、工場や倉庫が立ち並んでいる。
葛西臨海公園駅を出ると旧江戸川を渡る。この橋梁も旧江戸川の河口に架橋されている。旧江戸川を渡ると千葉県浦安市に入り、国道357号（東京湾岸道路）と首都高速湾岸線が分かれ東京ディズニーリゾートの最寄駅である舞浜駅に至る。駅南側はディズニーリゾートラインのリゾートゲートウェイ・ステーション駅などディズニー関連施設が多く、一方駅北側は京成不動産が開発した住宅街が広がっている。
京葉線 沿線概況
舞浜駅を出ると左へカーブして見明川を渡る。カーブを抜けて北東を向くと工場街や住宅街の中を進み、境川を渡って新浦安駅に至る。駅周辺は都市基盤整備公団（現在の都市再生機構）や民間企業によって整備されたオフィスや集合住宅、大型商業施設が軒を連ねており、東京メトロ東西線浦安駅とともに浦安市の中心市街地を形成している。
新浦安駅を出ると左へカーブして猫実川を渡って市川市に入り、三番瀬と左側の工場街に沿って進む。右手から三番瀬が離れると市川塩浜駅に至る。駅周辺は典型的な工業地域だが、駅北西は特別緑地保全地区に指定され、宮内庁新浜鴨場と市川野鳥の楽園がある。また駅近くにはamazon日本法人の物流拠点の一つであるアマゾン市川フルフィルメントセンターがある。
京葉線 沿線概況
市川塩浜駅を出ると右へカーブして北東を向き、左手から再び国道357号（東京湾岸道路）と首都高速湾岸線が並行する。運河を渡って右へカーブすると江戸川（放水路）を渡り、左に高谷ジャンクションが見え、並行していた首都高速湾岸線が東関東自動車道に名称を変える。さらにもう1つの運河を渡ると高谷支線を分けて高架を上り真間川を横断、高架を下り左手に一層下の高谷支線が分かれ、右にカーブして運河を渡り二俣新町駅に至る。駅ホーム東端で左手から合流した二俣支線の高架を潜る。駅周辺は市川塩浜駅同様工業地域であり、ホームセンターコーナン市川原木店（東京エアカーゴシティターミナル跡地）がある以外は、ほとんどが工場や倉庫である。
二俣新町駅を出ると右へカーブして二俣川を渡って船橋市に入る。高架を上り一層上の二俣支線と合流し、高架を下りて南海神川を渡ると両手に住宅街が広がり、海神川と海老川を相次いで渡ると右へカーブして南船橋駅に至る。駅北西にはららぽーとTOKYO-BAY、駅北側には船橋競馬場がある。駅南側は2016年3月まで駅南西に船橋オートレース場があった以外は集合住宅や物流施設が立ち並んでいるほか、2002年9月まで駅南西にあったららぽーとスキードームSSAWS跡地の一隅に開店したイケア船橋がある。
京葉線 沿線概況
南船橋駅を出ると習志野市に入り、右へカーブしながら谷津干潟を高架で渡っていく。谷津干潟を渡ると左へカーブして南東を向き、右側の工場街に沿って進み、市街地に入って新習志野駅に至る。駅周辺は駅開業前は駅北側に習志野市秋津公園サッカー場がある以外は空き地が目立ち閑散としていたが、近年は開発が進み商業施設や住宅が軒を連ねている。
新習志野駅を出ると菊田川を渡り、左側の香澄公園に沿いながら下り線が高架から地上に下りる。左手に国道357号（東京湾岸道路）と東関東自動車道が分かれ、千葉市美浜区に入る。左側の京葉車両センター、右側のイオンモール幕張新都心に沿って進む。この付近には新駅幕張豊砂駅が2023年3月18日に開業した。前方の高層ビルに近づくと再び高架を上り、浜田川を渡って市街地に入り海浜幕張駅に至る。幕張新都心の中心であり、駅周辺は幕張メッセやZOZOマリンスタジアム、三井アウトレットパーク 幕張を賑わいを見せ、イオングループやシャープなど大企業が入る高層ビルや大型集合住宅も立ち並んでいるが、現在も一部空き地があり開発が進められている状況である。
京葉線 沿線概況
海浜幕張駅を出ると幕張海浜公園を跨いで海浜ニュータウンに入っていく。右側には街並みや景観などが西欧風に統一された幕張ベイタウンがある。花見川を渡ると住宅街の中を進み検見川浜駅に至る。駅周辺は集合住宅が立ち並ぶ一方で美浜区の行政の中心であり、美浜区役所のほか郵便局や消防署、警察署などの公共施設が多い。
検見川浜駅を出ると住宅街の中を進む。左へカーブして草野水路を渡って東を向き稲毛海岸駅に至る。駅周辺は海浜ニュータウンで最初に入居が開始された地域で現在は海浜ニュータウンの中心となっており、商業施設が多く大型集合住宅も軒を連ねている。
京葉線 沿線概況
稲毛海岸駅を出ると右へカーブして南東を向く。右側の高層住宅群はパイロット・ハウスといい、建設省（現在の国土交通省）などが主催して行われた将来住宅コンクールに出展されたものである。カーブを抜けたところが新港信号場となり、黒砂水路を渡ると上下本線が高架から地上に下り、右手に自動車学校や商業施設などが続く。ここは千葉貨物ターミナル駅の跡地である。新港信号場の下り待避線が高架構造となっているのは、この下り待避線は元々上り本線として使用されており、下り本線から千葉貨物ターミナル駅への入場分岐線の設置計画があったため、上り本線と入場分岐線の交点を立体交差としたものである。下り待避線が高架を降りて合流し、跨線橋を潜ると再び高架を上り中央区に入って千葉みなと駅に至る。駅東側と南側は千葉市の行政の中心であり、千葉市役所のほか警察署や郵便局などの公共施設が多い。駅南西には千葉港があり工場や倉庫が立ち並ぶ地域となっているが、駅南側に千葉ポートパークや千葉ポートタワーなどがあり賑わっているほか、駅周辺の空地も開発が進められている。
千葉みなと駅を出ると左に千葉都市モノレール1号線が分かれ、右側の千葉港近くを過ぎると左へカーブして東を向く。右へカーブして南を向くと三度国道357号（東京湾岸道路）と並行し、都川を渡る。都川信号場跡を過ぎて右側にJFEスチール東日本製鉄所が現れる付近で左へカーブし、南東を向いて国道357号を跨ぐと蘇我駅の外房上り着発線群（貨物列車が主に使用）への分岐を右手に分けつつ右へカーブし、再び南を向き左手から外房線が合流し、外房上下線の間で高架から地上に下り蘇我駅に至る。駅周辺は元々川崎製鉄（現在のJFEスチール）の企業城下町であり現在もJFEスチール関連施設が多いが、近年は再開発も進められており、フクダ電子アリーナやハーバーシティ蘇我などの大型商業施設がある。
京葉線は蘇我駅が終点となっているが、一部の旅客列車は内房線や外房線に、貨物列車は京葉臨海鉄道臨海本線に直通する。
西船橋駅 - 南船橋駅間は「二俣支線」、市川塩浜駅 - 西船橋駅間は「高谷支線」という通称名がある。本線の市川塩浜駅 - 南船橋駅間と、西船橋駅を中心とするこの2本の支線により、デルタ線が構成されている。両支線の名称は、本線から分岐する地点がそれぞれ二俣と高谷であることから名付けられている。ただし、二俣にある二俣新町駅に二俣支線のホームは設置されていない。
二俣支線は西船橋駅を出た後下記の高谷支線の線路と並行、二俣川と京葉道路（原木インターチェンジの東付近）を相次いで跨ぎ、高谷支線との分岐点で東側へ向かい、国道357号（東京湾岸道路）と東関東自動車道に挟まれた空間を高架で抜けた後西側に二俣新町駅が見え、駅前ロータリーの前を通過するが、ホームは設置されていないためそのまま通過する。二俣新町駅の先で本線に合流し、そのまま本線上を進んで南船橋駅に至る。
一方、高谷支線は市川塩浜駅を出るとしばらくの間本線上を進む。江戸川（放水路）と運河を渡ると本線から分かれ、左側の首都高速高谷ジャンクション付近で高架を下っていく。真間川を渡り、前方に二俣新町駅が見えると北へカーブして一層上の本線から分かれ、高架を上りながら国道357号（東京湾岸道路）と東関東自動車道を跨ぐ。カーブの途中で右に二俣支線が現れ、カーブを抜けて北を向くと一層上の二俣支線が高架を下る間に複線で割り込むように合流し、船橋市に入ると西船橋駅に至る。
なお、西船橋駅は総武線各駅停車と東京メトロ東西線、東葉高速鉄道東葉高速線が接続する千葉県内の主要駅の一つであり、両支線のホームは武蔵野線と共用しており、他線のホームの上で直交する南北方向に建設された。大半の列車は両支線からは武蔵野線へ、武蔵野線からは両支線へそれぞれ直通するが、一部西船橋発着の両支線直通列車がある（前節「運行形態#各駅停車」を参照）。
京葉線 駅一覧
京葉線の駅と快速停車駅・接続路線・所在地などを運行上の区間ごとに一覧として以下に示す。路線距離（営業キロ）は正式な区間と運行上の区間の両方を併記する。
2022年度の時点で、下記の全旅客駅がJR東日本自社による乗車人員集計の対象となっている。
開通当時はみどりの窓口を省略した駅が多かった。東京開通時点では越中島駅・潮見駅・葛西臨海公園駅・市川塩浜駅 - 新習志野駅間・千葉みなと駅が該当した。そのためこれらの駅では100km超の乗車券が発売できず、「1,750円以上のきっぷは1,590円のきっぷをお求めになり着駅または車内で精算してください」と掲示されていた。その後、全駅に設置されたが、その後の指定席券売機の導入により、大半の駅で閉鎖された。単独駅でみどりの窓口が存在するのは2022年8月時点で舞浜駅・新浦安駅のみとなっている。
京葉線 駅一覧
東京駅・八丁堀駅・越中島駅の地下区間3駅と蘇我駅をのぞき、首都圏の多くの線区で導入されていたような発車メロディは長い間導入されず、電子ベルを使用している駅が多く存在していた。しかし、2004年6月14日に舞浜駅にディズニーのメロディ、2005年3月26日に海浜幕張駅に千葉ロッテマリーンズ応援歌のメロディといったご当地ソングがそれぞれ導入された。その後、老朽化した放送機器の更新を兼ねて2007年3月10日（千葉みなと駅）から同年3月25日（潮見駅）にかけて、ほかの電子ベル使用駅についても順次発車メロディが導入され、すべての駅で導入されている。2025年6月5日以降は起点駅の東京駅や前述の舞浜駅・海浜幕張駅・2007年11月18日からジェフユナイテッド市原・千葉の応援歌のメロディが使われている蘇我駅を除き、基本的に下りが『JRE-IKST-001-02』に、上りが『JRE-IKST-001-01』に統一されている。この発車メロディはこの路線でしか採用していないものである。
また、地下区間の3駅のコンコースやホームには、他駅とは異なる独自の案内サインが開業時より設置されている。ただし、近年は他駅と同様の標準タイプに変更されたものもみられる。
京葉線は、東京23区を走る在来線路線ではATOSによる駅の案内放送において男声の放送で津田英治が一度も採用されず、唯一導入当初から田中一永の放送が使用されている。
ホーム番線は蘇我駅を除き下り線から1番線となっている。
京葉線 利用状況
2024年度の最混雑区間（葛西臨海公園 → 新木場間）の混雑率は119%である。
1996年度以降は190%前後で推移し、並行する東京メトロ東西線に次ぐ混雑路線であった。運行本数の増加と広幅車体の導入により、混雑率は2011年度に180%を下回り、2018年度に170%を下回った。
各年度の平均通過人員（人/日）は以下のとおりである。
京葉線 運賃計算の特例
東京駅 - 蘇我駅間には、総武本線・外房線との間に経路特定区間が設定されている。この区間を経由する場合は総武本線・外房線経由で運賃計算を行い、いずれの経路を経由することも（乗車券が101km以上、かつ東京近郊区間相互発着ではない場合は）経路上で途中下車をすることも可能である。
また、電車大環状線通過の規定により、蘇我駅以遠（鎌取駅・浜野駅方面）と三河島駅以遠（南千住駅方面）・川口駅以遠（西川口駅方面）・北赤羽駅以遠（浮間舟渡駅方面）・大久保駅以遠（東中野駅方面）のいずれかとの相互発着の場合は、本千葉駅・新小岩駅（外房線・総武本線）経由の上、錦糸町駅 - 秋葉原駅 - 日暮里駅・赤羽駅・新宿駅の経路で運賃を計算する（使用上は、京葉線を経由してもよい）。
京葉線の東京駅ホームは東海道本線（山手線・京浜東北線）の東京駅と有楽町駅の中間に位置しており、そのため有楽町駅有人改札及び京葉線最寄り有人改札では同区間を駅外を通って乗り継ぐ場合に乗り継ぎ券を発行している。
京葉線 りんかい線との関係
前述の通り、京葉線と東京臨海高速鉄道りんかい線は、もともと東京外環状線建設計画の中で同時に計画された路線のため、新木場駅の蘇我寄りで線路がつながっており、りんかい線が新木場駅 - 東京テレポート駅で部分開業した際、東京臨海高速鉄道70-000形電車の検査を京葉電車区に委託していたため、同車が本連絡線を使用して行き来していた。
八潮車両基地と東京貨物ターミナル駅も容易に接続できるが、りんかい線の構造物の強度上、貨物列車の走行は難しい。だが当初の計画通りに東京貨物ターミナルでりんかい線が接続された場合には東海道貨物線を経由して横浜方面への東海道本線への直通列車の運行が可能となり、現状でも「（内房線・外房線・武蔵野線） - 京葉線 - 新木場駅 - りんかい線 - 大崎駅 - 山手貨物線・埼京線・川越線」、更に新宿駅から中央本線、湘南新宿ラインのルートで宇都宮線や高崎線との直通列車の運行が可能とはなっている。
乗客が特定の団体客に限られ、普通乗車券やSuicaなどの乗車カードの運賃処理の問題がない団体列車などではりんかい線を介した直通列車が運転されることがある。
京葉線 りんかい線との関係
2012年3月6日 - 9日、幕張メッセにおける「第37回国際食品・飲料展」 (FOODEX JAPAN 2012) 開催にあたり、FOODEX主催者である日本能率協会が招待客用に特別列車をチャーターする形で直通運転が実現した。新宿駅から山手貨物線 - りんかい線 - 京葉線を直通し、幕張メッセの最寄り駅の海浜幕張駅までを結ぶ特別列車が183系・189系電車で1日1本だけ運行されたが、りんかい線経由で海浜幕張駅までJR東日本の列車が走ったのは初めてで、千葉県、千葉市等関係機関は実績を積み上げ、定期的な直通運転を実現させるための要請を強化する方針としている。
旅客がりんかい線を介してJR線を乗り継ぐ場合、通過連絡による前後のJR線距離を通算した連絡乗車券が発売されていないため、現状の普通乗車券やSuicaなどの乗車カードでは接続駅となる大崎駅・大井町駅・新木場駅で運賃が別に加算され、距離の割りに割高になるが、「休日おでかけパス」などの東京周辺のJR線を自由に乗り降り可能な特別企画乗車券では、りんかい線やJR東日本が傘下に入れた東京モノレールも対象に加えるようになったものが多い。
JR東日本が計画している羽田空港と新宿駅や東京駅などの東京都心部を結ぶ新路線「羽田空港アクセス線」では、りんかい線を介して、新木場駅方面をつなぐ「臨海部」ルートを京葉線方面に延伸させ、舞浜駅まで直通運転させる方針であることが2014年8月や2020年2月に報じられている。なお、東京臨海高速鉄道は9割超の株式を東京都庁が保有しているため、前述の運賃問題や株式譲渡などを含めて、東京都との協議が課題となる。
京葉線 今後の構想・計画と諸問題
本節では、京葉線の千葉県による構想や、ダイヤ改正による列車種別廃止の問題について記述する。
歴史節の通り、千葉県内の京葉線の高架橋の脇に、同県企業庁がJRに売却する予定で確保してきた複々線化用の敷地が、2006年度以降は複々線用地として確保する必要がなくなったとして、一部が既に売却されている。しかし、2015年2月に当時の森田健作千葉県知事はJR東日本の冨田哲郎社長との会談のなかで、りんかい線とJR京葉線の直通運転構想について「さまざまな観点から検討している」との回答を得たことを明らかにした。このことに対して森田知事は「複々線化も有力な手段の1つであり、関係者が検討する際には協力していきたい」と述べている。
2014年度（平成26年度）からは千葉県が中心となり「JR京葉線・東京臨海高速鉄道りんかい線の相互直通運転促進に関する協議会」を開催し、りんかい線との相互直通運転、京葉線の機能強化について調査・研究、鉄道事業者との協議を継続している。
京葉線 今後の構想・計画と諸問題
現職の熊谷俊人千葉県知事も「湘南新宿ライン・上野東京ラインによって神奈川・埼玉と比べ、首都圏へのアクセスに後れを取っている現状を直視する必要がある。りんかい線との相互直通運転・京葉線の複々線化や、北総鉄道・東葉高速鉄道の高運賃問題、県民が使いやすいダイヤ等の課題解決に向けてJR等の交通事業者と積極的に協議し、千葉県の公共交通の利便性向上に取り組む」とし、京葉線の機能強化に積極的な姿勢を打ち出している。
また、羽田空港アクセス線が具体化するにしたがって、その臨海部ルートの列車を京葉線に入れるにあたり、複々線が必要ではないかとの意見も鉄道ジャーナリストらによって見受けられる。
千葉みなと駅 - 蘇我駅間のフェスティバルウォーク蘇我付近に新駅（仮称・寒川新駅、千葉市中央区）を設置する計画が存在する。
2023年12月15日、JR東日本千葉支社は2024年3月16日のダイヤ改正で朝と夕夜間の快速とともに各駅停車に変更して、通勤快速を廃止する予定であることを発表した。これは乗客を分散させることで利便性を向上させることが狙いのものと説明されている。
京葉線 今後の構想・計画と諸問題
これに対し、沿線住民からは撤回を求める声が噴出し、千葉市長の神谷俊一は「極端な変更」「市として変更のメリットは見いだしにくい」「沿線の価値を損なう」などと強く批判。京葉線通勤快速が乗り入れている外房線沿線の一宮町長の馬淵昌也も「速達性を奪う暴挙」と反発した。千葉県知事の熊谷俊人も混雑解消には理解は示しつつも、「沿線住民や事業活動に大きなマイナスがある」として容認できない旨を述べている。
千葉財界からも反発の声が出ており、千葉商工会議所会頭の佐久間英利は「多くの地域の産業振興にも影響を与え、経済界も見過ごすことのできない重大な問題」と述べた。また、神谷は沿線のイベント施設である幕張メッセの主催者から集客の低下を懸念する声があったことを明らかにしている。
2023年12月22日の朝には浦安市役所に「京葉線の快速を廃止する報復」とした東京ディズニーリゾートや周辺施設への爆破予告が届く事態も生じている。
京葉線 今後の構想・計画と諸問題
2024年1月15日、JR東日本千葉支社は神谷千葉市長と面会したうえで、午前の7時半前後に東京駅に到着する外房線・上総一ノ宮駅発と内房線・君津駅発の上り快速2本の運行を継続することを明らかにした。神谷は「市の申し入れを受け入れていただきありがたいが（申し入れの）反映は限定的」と指摘しつつ上り快速2本の継続では不足として、通勤快速の運行継続のほか、快速から各駅停車になった電車も東京駅 - 海浜幕張駅間は快速運行することを求めたと明らかにした。
神谷は2024年2月9日に県内20市町村長の連名で再検討要望書を提出した。JR千葉支社は非公開のやり取りの中で「柔軟に検討を深める」としつつ、「2024年3月改正時の内容の更なる修正は困難」とする回答を述べている。
この問題は国会でも取り上げられ、国土交通大臣の斉藤鉄夫は田嶋要への答弁において、「ダイヤ設定には地元自治体などとコミュニケーションをとるよう、鉄道事業者に指導している」とコメントしている。
2024年5月9日、神谷は同日に行われた記者会見において、千葉市がちばぎん総合研究所などと共同で同年3月から4月にかけて実施したアンケート調査の結果を発表し、「ダイヤ改正により悪い影響があった」と回答したのが約8割、「京葉線の利用を停止し、他の路線や交通手段などに変更した」と回答したのが約3割だったことを明らかにした。
JR東日本は2024年5月30日に、同年9月1日にダイヤ変更を行い一部の各駅停車を快速に変更すると発表した。
2024年12月13日、JR東日本千葉支社は2025年3月15日に実施するダイヤ改正の概要を発表、快速は増発となったが「通勤快速」が復活することはなかった。
この件についてひろゆきは通快を「有料列車」とすればいい、阿部等は通快の海浜幕張駅停車と快速の新浦安駅通過で随分良くなると発言しており、シミュレーションすべき案件と批判している
山手線
山手線（やまのてせん）は、東日本旅客鉄道（JR東日本）が運営する鉄道路線（幹線）である。
「山手線」には、次の4つの意味合いがある。
正式路線名（線路名称）としての「山手線」：東京都港区の品川駅を起点に、渋谷駅、新宿駅、池袋駅を経由して北区の田端駅を結ぶ全長20.6 kmの鉄道路線の名称。東海道本線の支線。国鉄分割民営化時運輸省（現・国土交通省）に提出された事業基本計画および国土交通省監修の『鉄道要覧』に記載された山手線の区間でもある。駒込駅 - 田端駅間の一部区間を除き、ほぼ全線複々線であるが、このうちの埼京線電車、相鉄線直通列車、湘南新宿ライン列車や特急列車、貨物列車の走る線路を通称「山手貨物線」と呼ぶ。このほか、代々木駅 - 新宿駅間において、中央線（快速）、中央・総武線（各駅停車）が別線で乗り入れている。
山手線
運賃計算上の「東京山手線内」：東京駅からの営業キロ程が100 km超200 km以内の範囲に所在する駅に発着する乗車券（または1 km超200 km以内の範囲に所在する駅に発着する一部の特別企画乗車券）に表示されることがある運賃計算上の名称。上記2.の区間に加え、環状線内側にある中央本線神田駅 - 代々木駅間および総武本線秋葉原駅 - 御茶ノ水駅間を含む。また、この区間内相互の近距離運賃は区間外よりも低額に設定されている。
以降、特記のない場合は、2. の「運転系統としての『山手線』」を指すものとする。
山手線 概要
日本の首都である東京の都心部で1925年（大正14年）11月1日から環状運転を行っており、多くの駅において、都心から各方面へと伸びるJR東日本（在来線・新幹線）や私鉄各社の放射路線および都心部を走る地下鉄各線に接続している。上野駅、東京駅、品川駅、渋谷駅、新宿駅、池袋駅など世界トップクラスの利用者数を持つターミナル駅を多数抱え、東京における最重要の公共交通機関として機能している。またその路線の性格から、東京のみならず全国的に高い知名度を誇る。1周の距離は34.5 km、1周の所要時間は内回り、外回りとも標準で64分、朝ラッシュ時、夕方ラッシュ時は70分弱である。
ラインカラーは1963年登場の103系電車の車体の色に使用されたウグイス色   （■、国鉄黄緑6号）であり、以降登場したステンレス車両の帯の色や旅客案内（路線図・サインシステムなど）にも使用されている。
山手線 概要
山手線は、日本の文明開化期に私鉄の日本鉄道によって、関東地方内陸部の各地（埼玉県、群馬県、栃木県）、さらに東北地方および北陸地方方面と当時国内有数の貿易港であった横浜港との間の鉄道貨物輸送が計画され、これに基づき、赤羽駅から分岐し官設鉄道の品川駅までを結ぶ支線を建設し、1885年（明治18年）に品川線として開業した。当時の東京の人口密集地域であった下町を避け、街外れだった山手に建設された。当時既に1872年（明治5年）に官設鉄道として新橋駅 - 品川駅 - 横浜駅間、1883年（明治16年）に日本鉄道によって上野駅 - 赤羽駅 - 熊谷駅間、1884年（明治17年）には高崎駅を経て前橋駅までが開通していた。
その後、同じく日本鉄道が現在の常磐線方面と横浜港方面間の接続を目的として建設した池袋駅 - 田端駅間（当初は豊島線と呼称）を加え現在の山手線の線路の原型が完成、国有化ののち、太平洋戦争後の高度経済成長期に池袋駅 - 赤羽駅間を現行の赤羽線として分離した。開業以来、武蔵野線が開通するまでは、関東北部および東北方面から横浜港方面に向けの輸出品輸送、逆方向の輸入品輸送の大動脈であった。現在も少数であるが東北本線方面と東海道本線方面を結ぶ貨物列車が毎日運行されている。
山手線 概要
開業当初の旅客輸送は、新橋駅 - 品川駅 - 渋谷駅 - 新宿駅 - 板橋駅 - 赤羽駅間を往復する列車が1日数往復のみ運行された。その後、東京山手の人口増に伴い上野駅を起点として池袋駅、新宿駅、渋谷駅、品川駅、新橋駅を経て東京駅方面に至る環状運転が開始され、その後、上野駅 - 東京駅間の開通により京浜線と東北本線電車線の相互直通運転が開始された時期と同じくして現在の運行形態へと移行、定着した。
明治後期から昭和期にかけての私鉄各社は、地下鉄道であれば東京地下鉄道や東京高速鉄道のように東京15区内に路線を敷設できたが、地上線となると東京15区内が東京市電の路線網内だったこともあり敷設が難しく、山手線の各駅に隣接して都心側のターミナル駅を設置することとなった。戦後も引き続き山手線内に新設する路線はすべて地下鉄道であることが条件となったため、私鉄の資本力では山手線内に直通することは実現不可能となった。山手線の各駅は都内交通への乗り継ぎ・中継地となり、やがて各私鉄が自力で都心延伸するよりもターミナルに自社の商業施設を集中した方が利益になると判断し始めて、西武百貨店や東急百貨店などの電鉄系百貨店を開業させた。大手私鉄のターミナル駅周辺にある渋谷、新宿、池袋などの副都心は発展を遂げていき、旧東京市の中心市街地を凌ぐ繁華街にまで成長した。
山手線 概要
こうした新都心を相互に連結する山手線は、東京の交通網の基本路線として機能しており、太平洋戦争後、私鉄が営団地下鉄（現在の東京地下鉄〈東京メトロ〉）や都営地下鉄と相互直通運転を開始し、郊外から電車が直接都心に乗り入れるようになっても、依然として東京山手の副都心間を結ぶ路線等として機能している。朝ラッシュ時の混雑率が250%を越えていた時期もあったが、地下鉄網の発達や並行する山手貨物線の旅客化（埼京線・湘南新宿ラインの開業）、山手線自身の6扉車導入による11両化、上野東京ラインの開業など、新線開業が相次いだことにより混雑は大幅に緩和された。2015年度（平成27年度）以降の朝ラッシュ時混雑率は外回り、内回りとも170%を下回っている（利用状況の節も参照）。
なお、上野駅 - 東京駅間は、東北本線の列車線が敷設され、1973年（昭和48年）3月末まで一部の中長距離列車が東海道本線と直通運転されていたが、東北新幹線・上越新幹線の将来的な東京・上野方面への乗り入れのための用地確保に伴い直通運転が一度中止され、1983年（昭和58年）に列車線の線路が分断された後、上野東京ラインによる再接続までの約43年間は、並走する京浜東北線と山手線が同区間の接続を担っていた。
通勤などビジネスや通学、買い物といった日常生活のほかに、訪日外国人を含めた観光目的での利用も多い。JR東日本も観光での利用者開拓に力を入れており、2017年（平成29年）に山手線プロジェクトチームを設置。山手線を「東京感動線」と称して、2018年（平成30年）から沿線の文化や店舗を紹介するフリーマガジン『TOKYO MOVING ROUND』を配布するなどしている。
なお、環状運転系統としての平均駅間距離は1.15 kmである。
山手線 路線名の読み方
山手線の読み方は、対義語である山の手と下町からの「やまのてせん」である。開業に係る申請書には表記を「山ノ手線」とする旨が書かれており、開業時表記は「山手線」となったが、読みは「やまのてせん」であった。しかし山手は「やまて」と読むこともでき、1927年（昭和2年）に発行された『最新調査大東京市郊外地図』のように、山手線を「やまてせん」とルビを振る書籍（いわゆる表記ゆれ）もあった。戦後になると連合国軍最高司令官総司令部 (GHQ/SCAP) の指示により、鉄道施設や道路標識などにローマ字併記が進められた際に、山手線に「YAMATE＝Loop＝Line」とローマ字を振ったことで、次第に「やまのてせん」ではなく「やまてせん」の呼称が定着していった。
山手線 路線名の読み方
1971年（昭和46年）に国鉄は全路線の線路名称にふりがなをつけることを決定した。この時、山手線には既に定着していた「やまてせん」ではなく「やまのてせん」というふりがなが振られた。これは国鉄当局が、線名の由来・発祥からして、「やまのてせん」が正しいと判断したことと、田端駅 - 品川駅で並走する京浜東北線の直通先の根岸線にある山手駅（やまてえき 1964年5月開業）との混同を避ける（京浜東北・根岸線の「山手行き」と勘違いさせない）ためである。このため、電車に掲出される方向幕の行先表示も、漢字表記は「山手」を「山手線」に、ローマ字表記は「YAMATE」を「YAMANOTE LINE」と改めた。これに伴って、開業当初の「やまのてせん」の呼称が代わって定着していった。
山手線 歴史
山手線はもともと、日本鉄道が現在の東北本線および東海道本線を連絡するために品川駅 - 赤羽駅間の山の手に敷設した線路であった。当時の重要な輸出品であった生糸を栃木県や群馬県の産地から輸出積み出し地の横浜港近くまで運ぶ目的で建設された。当時、既に開通していた路線を利用するには上野から新橋の間が家屋密集地で、鉄道建設に大変な困難が予想された。
東京市街地の拡大に伴い、山手線は市街をめぐる大都市の基幹交通路線に性格を変えていった。電車が運行を開始したのは1909年（明治42年）、現在のように環状運転が実施されるようになったのは関東大震災により下町一帯が焼け野原のようになり、上野駅 - 神田駅間の用地買収が進んだ後の1925年（大正14年）11月1日からである。
山手線 歴史
開業当初は日本鉄道品川線と呼ばれたこの路線は、港があった品川・横浜方面と東京の北側を結ぶ日本鉄道第一区線の一部として計画された路線であった。しかし起伏地である山の手に線路を敷くには技術的にも資金的にも困難であったことから、まずは日本鉄道第一区線の開業を優先し、1883年（明治16年）7月28日に江戸下町の北部にあたる現在の上野駅の地を起点として開業、その後の1885年（明治18年）3月1日、当初の計画に準じ、日本鉄道第一区線と官設鉄道（現在の東海道本線）とを連絡する品川駅 - 赤羽駅間（現在の山手線品川駅 - 池袋駅間と赤羽線池袋駅 - 赤羽駅間）が開業した。当時、日本鉄道の南端は上野駅、官設鉄道の北端は新橋駅（後の汐留駅）で、この両駅を結べば建設距離は短くて済んだが、両駅間の土地は江戸の下町に当たるため鉄道を敷設することは難しかった。一方で山の手を通すと遠回りにはなるものの、当時の山の手の居住人口は少なく、鉄道敷設への理解も得られやすく、この経路が選ばれた。開業後の1886年（明治19年）7月1日時点では、新橋駅 - 品川駅 - 赤羽駅間には毎日4往復の直通旅客列車が運行されていた。1891年（明治24年）9月1日に日本鉄道第一区線から第五区線が全通し、横浜・新橋・品川・上野方面と、高崎・宇都宮・福島・仙台・盛岡・青森方面が鉄路で結ばれた。
山手線 歴史
一方、同じ日本鉄道の路線である土浦線（1901年に海岸線に改称、現在の常磐線）と品川・横浜方面の連絡線の建設も計画された。土浦駅 - 南千住駅 - 田端駅間を結ぶ日本鉄道土浦線は、1896年（明治29年）12月25日、日本鉄道第一区線上に田端駅を開業すると同時に開通、土浦、水戸方面と東京の北側を直結させた。この海岸線と山手線を結ぶ短絡線（山手線枝線、当初は豊島線と呼称）は、1903年（明治36年）4月1日に日本鉄道品川線に池袋駅を開業し、同時に田端駅と池袋駅間を結ぶ線路の開通によって営業を開始した。この短絡線の建設に当たっては、当初は目白駅を分岐点とする計画であり鉄道敷設免許も取得したが、谷あいの地形上同駅周辺には十分な用地の確保が困難であり、将来の運輸拡張の妨げになる恐れがあったため、新たに池袋駅が開設され分岐点となった。この短絡線は当初「豊島線」と呼称されていたが、開業に先立つ1901年（明治34年）11月16日、日本鉄道は逓信大臣の認可のもと、定款の区線名称を変更し品川線と豊島線（当時未成線）を合わせ山手線とした。
山手線 歴史
開業後、東北・信越・常磐線のみならず中央線と東海道線を結ぶ役割も担うようになり、また、日露戦争の勃発などで貨物輸送量が大幅に増え、1904年（明治37年）の新宿駅 - 池袋駅間を皮切りに1910年（明治43年）まで複線化が行われた。この際、池袋駅 - 赤羽駅間は複線化から取り残され、支線的性格を強めた。
山手線 歴史
日本鉄道が国有化された1906年（明治39年）11月1日時点では、品川駅 - 赤羽駅間に貨物列車のほかこの区間を単純往復する旅客列車も運行された（毎日9往復）。1909年（明治42年）10月12日の各鉄道路線に路線名が付与された際は、池袋駅 - 赤羽駅間も含め現在の山手線区間（品川駅 - 池袋駅 - 田端駅間）と合わせて東北線の部 山手線となった。この当時は、池袋駅より北側は現在の赤羽線を経由して赤羽駅までが山手線本線、旧豊島線区間は山手線の支線であった。その後、同年12月16日に烏森駅（現・新橋駅）が開業し、烏森駅 - 新宿駅 - 上野駅間が電化され、電車の「C」の字形運転が開始された。このとき、品川駅 - 烏森駅間は京浜線（現在の京浜東北線）に乗り入れる形をとっていた。東海道本線が東京駅まで延伸開業し、中央線も同駅まで延伸されると、中央線と山手線を接続し、中野駅 - 新宿駅 - 東京駅 - 品川駅 - 新宿駅 - 池袋駅 - 田端駅 - 上野駅間で「の」の字運転が開始され、このころから現在の赤羽線区間が山手線枝線の運行形態になった。1923年の関東大震災で一時中断したが、1924年（大正13年）4月25日までこの形態は続いた。1925年（大正14年）11月1日に東北本線の秋葉原駅 - 神田駅間が完成し、東京駅 - 上野駅間が高架で複線化されたときに中央線への乗り入れは中止され、環状運転が開始された。このとき、京浜線も田端駅まで延伸されている。
山手線 歴史
環状運転開始当時の運行ダイヤは、基本的に毎時5本（12分間隔）で運転され、一周の所要時間は72分、池袋駅‐赤羽駅間（現在の赤羽線）の所要時間は10分であった。このほか、通勤時間帯には臨時電車が運転されたほか、田端駅 ‐ 田町駅間は京浜線電車も運転されていた。昭和の初めごろには現在とさして変わらない速さで走り、朝4時台の始発で終電は深夜1時近くまで、通勤時間には2分半程度の間隔で運行されていた。
戦後、復興に伴う輸送量の増大で山手線、京浜線とも増発が行われ、1956年（昭和31年）11月19日から共有だった両者の線路（田端駅 - 田町駅間：11.7 km）を分離し、内側を環状運転を行う山手線、外側を往復運転を行う京浜東北線（分離時に改名）が走るようになった。
1972年（昭和47年）には、当初山手線本線であった赤羽駅 - 池袋駅区間の線路名称が赤羽線に変更された。赤羽線は山手線の本線として運営されてきたため、池袋駅では10両編成化に伴う新ホーム設置（現行3・4番線）までは山手線外回り始発電車ホーム（現行8番線）を発着していた。ラインカラーもかつて山手線で使われていた「カナリア（黄色）」が、山手線が「ウグイス（黄緑色）」に塗装変更されたあとも使われた。1985年（昭和60年）9月30日、赤羽線は埼京線の一部として運行される現在の形態に移行した。
山手線 歴史
車両は1960年代初めまでは72系が使用されていたが、1961年（昭和36年）からカナリア色の101系が使用された。その後、1963年（昭和38年）からウグイス色の103系が主力となったが、老朽化のため1988年（昭和63年）6月で運行を終了し、205系にすべて置き換わった。このとき導入されたサハ204形が初の6扉車である。この後、E231系500番台に置き換わったが、6扉車はサハE230形500番台として継承された。しかし、ホームドア設置のため6扉車は2011年（平成23年）9月4日に全車運用を離脱し、廃車となった。2015年（平成27年）からはE235系が運行を開始した。
*が付いている駅は、のちに路線分離により赤羽線の駅となった駅。
1901年（明治34年）
2月25日：日本鉄道山手線 大崎駅・恵比寿駅（貨物駅）開業。
3月15日：官設鉄道 大井聯絡所 - 大崎駅間で貨物列車運行開始。
8月1日：官設鉄道 大井聯絡所 - 大崎駅間（72 C≒1.45 km）が正式に開業。
8月8日：日本鉄道が定款を変更し、品川線（品川駅 - 赤羽駅間）と豊島線（池袋駅 - 田端駅間、免許線・未開業）を統合し山手線とする
山手線 歴史
1909年（明治42年）
10月12日：国有鉄道線路名称制定。赤羽駅 - 品川駅間、池袋駅 - 田端駅間、貨物支線 大崎駅 - 大井聯絡所間を山手線（東北線の部）とする。
11月30日：品川駅 - 大崎駅間複線化。
12月16日：東海道本線 品川駅 - 烏森駅（現在の新橋駅）間開業。山手線 池袋駅 - 田端駅間、赤羽駅 - 品川駅間電化。上野駅 - 新宿駅 - 品川駅 - 烏森駅、赤羽駅 - 池袋駅間に電車運転開始。代々木駅停車開始（中央本線の駅として1906年にすでに開業）。
1914年（大正3年）
5月24日：代々木練兵場（現在の代々木公園）にて昭憲皇太后の大葬が行われたのに伴い、葬場殿仮停車場を開設、引き込み線の形で原宿駅 - 葬場殿仮停車場間（0.4 M≒0.64 km）開業（同月26日廃止）。
11月15日：新大久保駅開業。
12月20日：東海道本線 東京駅開業。大井聯絡所を駅に変更して大井町駅開業。新橋駅を汐留駅と改称し、烏森駅を新橋駅とする。
山手線 歴史
1990年（平成2年）
3月10日：6扉車サハ204形900番台試作車を1編成に2か所連結。6扉車は平日の朝10時まで座席を収納。
4月21日：翌年導入する予定のイオカード対応の自動改札機を東京駅・駒込駅に設置し、供用開始。以後、順次山手線各駅に導入される。
6月8日：6扉車で文字放送サービス開始。
この年、山手線で初めて車内広告が1社で統一されるADトレイン運転開始（先頭車の正面にヘッドマークを掲出）。1995年に2編成あるうちの1編成のヘッドマークを変更（のちに再変更）。205系のADトレインの歴代ヘッドマーク4個はすべて消滅。
10月20日：国際鉄道安全会議を記念して「TECH TRAIN」を11月4日までの土・日曜日に運転。1日3往復で、運転終了後は池袋駅で展示された。使用車両は103系で、先頭車に京浜東北線から、中間車に埼京線からの車両を組み込んだ編成で運転された。車内にはJR東日本の安全への取り組みや鉄道に関する資料、模型などが展示された。なお、このときは山手線はすべて205系で運転していたため、2年4か月ぶりに山手線に103系が運転されることになる。
山手線 歴史
2015年（平成27年）
4月12日：神田駅 - 秋葉原駅間で、用途廃止となり撤去工事中であった架線柱が建築限界を超えて線路内に倒れ込む事故が起こる（重大インシデント）。当該架線柱の傾斜は、同月10日の深夜から現場では認識されていたが、情報の取り扱いとその後の判断が悪く倒壊を防げなかった。この影響で山手線と京浜東北線が長時間にわたって運転見合わせとなり、41万人に影響が及んだ。
11月30日：E235系が山手線で運用開始。
2021年（令和3年）
1月20日：新型コロナウイルス感染症の拡大に伴う改正新型インフルエンザ等対策特別措置法に基づく緊急事態宣言の発出および国・関係自治体からの要請に伴い、以下の列車を運休。
外回り：池袋駅を0時28分以降に発車する列車を運休。終電が池袋駅 - 品川駅間で14分程度（土休日ダイヤは19分程度）、大崎駅 - 池袋駅間で19分程度繰り上げ。
内回り：池袋駅を0時37分以降に発車する列車を運休。終電が池袋駅 - 大崎駅間で28分程度繰り上げ。
10月23日・24日：渋谷駅山手線内回り線路切換工事実施のため、2日間に渡り特別ダイヤで運転。
内回り：池袋駅 - 渋谷駅 - 大崎駅間を運休。大崎駅 - 東京駅 - 池袋駅間は本数を大幅に減らして運転（池袋駅で上野方面に折返し運転）。
外回り：大崎駅 - 渋谷駅 - 池袋駅間で本数を減らして運転（一部、大崎駅で東京方面に折返し運転）。
京浜東北・根岸線：快速運転を中止（終日、各駅停車で運転）。
埼京線・りんかい線：新木場駅 - 大崎駅 - 赤羽駅間を増発。
湘南新宿ライン：通常運転。
相鉄線直通列車：新宿駅 - 池袋駅間を延長運転。
山手貨物線：品川駅 - 新宿駅間で臨時列車を運転（停車駅は、品川・恵比寿・渋谷・新宿）。
2023年（令和5年）
1月7日・8日：渋谷駅山手線外回り線路切換工事実施のため、2日間に渡り特別ダイヤで運転。
内回り：池袋駅 - 渋谷駅 - 大崎駅間で本数を減らして運転（一部、池袋駅で上野方面に折返し運転）。
外回り：大崎駅 - 渋谷駅 - 池袋駅間を運休。池袋駅 - 東京駅 - 大崎駅間は本数を大幅に減らして運転（大崎駅で東京方面に折返し運転）。
その他の措置は2021年10月の体制を概ね踏襲。但し山手貨物線臨時列車は品川駅発着から大崎駅発着に変更。
11月18日（外回り）・19日（内回り）：渋谷駅山手線線路切換工事実施のため、2日間に渡り特別ダイヤで運転
11月18日：2023年1月と同様、外回り・大崎駅 - 渋谷駅 - 池袋駅間を運休。池袋駅 - 東京駅 - 大崎駅間は大幅減便。内回りも一部、池袋駅で上野方面に折返し運転。
11月19日：2021年10月と同様、内回り・池袋駅 - 渋谷駅 - 大崎駅間を運休。大崎駅 - 東京駅 - 池袋駅間は大幅減便。外回りも一部、大崎駅で東京方面に折返し運転。
その他の措置は2023年1月の体制を概ね踏襲。
2025年（令和7年）
4月19日 - 20日：羽田空港アクセス線の整備における田町駅線路切換工事に伴い、山手線および京浜東北線の一部区間が運休。
4月19日は、山手線・上野駅 - 東京駅 - 大崎駅間（外回り）および京浜東北線・品川駅 - 東十条駅間（南北行）が終日運休。
4月20日は、山手線・上野駅 - 東京駅 - 大崎駅間（内回り・外回り）および京浜東北線・品川駅 - 東十条駅間（南北行）が初電 - 12時ごろまで運休。
10月4日 - 11月3日：環状運転開始100周年の記念事業「つながる山手線フェス」を開催。期間中、山手線環状運転100周年記念ラッピングトレインを2編成運行。
山手線 運行形態
山手線は、首都から放射状に伸びる鉄道網の起終点となる主要ターミナル駅を結ぶ首都内完結路線として、高頻度の運転を実施している。
複数の線区（山手線・東北本線・東海道本線）を走ることや、運行形態が環状運転であるため、運行方向は上り・下りではなく外回り・内回りという表現が旅客案内に用いられる。環状線路の複線外側を左側走行する列車が外回り（時計回り：品川駅 → 渋谷駅 → 新宿駅 → 池袋駅 → 上野駅 → 東京駅 → 品川駅）、複線内側を左側走行する列車が内回り（反時計回り）である。
運転本数は都心部の旅客需要を満たすため多く、平日朝ラッシュ時は約3 - 4分間隔、土休日日中時間帯は約4分間隔、平日日中は5分間隔、平日夕ラッシュ時間帯は約4 - 5分間隔で運行されている。ただし、始発・最終付近（早朝・深夜）は運行間隔が広がる。非常に高頻度のダイヤとなっているが、平日朝の本数は中央線快速よりも少ない。これは、新宿駅など利用者の多い駅での乗降に時間を要し、山手線の運転間隔を短縮できないためである。中央線快速でも新宿駅では乗降に時間を要しているが、一方向につき1面2線のホームを設け、先行列車と後続列車を別々の番線に振り分けて乗降を行う相互発着を行うことで運転間隔を短縮している。
山手線 運行形態
当路線には列車種別設定がなく、すべての電車で停車駅パターンは一定で、平行ダイヤが組まれている。1周34.5 kmにかかる時間は日中（b速）の場合は64分（起・終点駅での停車時間を除く）である。当路線自体には列車種別設定がないが、京浜東北線が快速運転する日中の時間帯には並行区間で山手線が各駅停車の役割となる緩急分離運転が実施されている。快速停車駅間、特に田端駅 - 上野方面間、上野駅 - 東京方面間、秋葉原駅 - 浜松町方面間、東京駅 - 浜松町方面間の各区間乗車の場合、京浜東北線快速を利用した方が速いが、運転間隔が異なるため京浜東北線を利用しても必ずしも早く到着するとは限らない。同様の環状運転を行う大阪環状線や名古屋市営地下鉄名城線とは異なり、他線区から環状運転系統の線路に乗り入れたり、種別が変わったり、途中駅で折り返して反対方向に運転したり、大阪環状線のように優等列車として運転したりする電車はない。
一度運用についた電車は、基本的には終日同じ方向への環状運転を行っている。途中駅が終点となる電車は、平日午前中の池袋駅行きと毎日夜間の品川駅・大崎駅行きのみである。また、途中駅が始発となる電車は、毎日朝方の田町駅発と、平日午後の池袋駅発がある。
山手線 運行形態
環状運転する電車の各駅での行き先案内は、主要6駅（東京駅、上野駅、池袋駅、新宿駅、渋谷駅、品川駅）から直近の2駅を挙げて「○○・△△方面行き」としている（たとえば、有楽町駅での外回り電車は品川・渋谷方面行きと案内する）。
列車番号は、ダイヤ上の分界駅である大崎駅を基準としている。外回りは奇数、内回りは偶数で、「大崎駅発時（24時間）」+「当該編成の当日の運用番号」として、末尾に「G」をつけている。したがって、山手線を約1時間かけて1周した電車は、大崎駅で列車番号の「大崎駅発時」部分を変えて引き続き運転される（ただし、大崎駅行きの電車を除く）。なお、他の駅が始発となる電車で大崎駅を00分以前に発車する電車は「始発駅発時（24時間）」を-1する。
山手線 運行形態
山手線は平日には外回りが328本、内回りが322本、計650本が1日に運行されている。土曜・休日には外回り297本、内回り286本の計583本になる。2007年3月18日の改正で外回りでは平日の朝ラッシュ時に1本増発、夕方ラッシュ時に1本削減し全体での運行本数は変わらず、休日も変動はなかったが、内回りは平日は4本、土曜・休日は5本の削減となった。この改正以降、2分20秒間隔で1時間25本を運行している。改正前日の17日までは2分30秒間隔で24本の運行であった。これは車両が205系からE231系になり、アナログATCがデジタルATCになったことで1分 - 1分40秒短縮することができたためである。
例外的な運用として、後述のリフレッシュ工事の日で田端駅 - 田町駅間を京浜東北線と線路を共有する時間帯は、この区間の運転本数を削減するために池袋駅と大崎駅の間を往復する電車が5本に1本程度設定される。このため、大崎駅 - 田町駅間および池袋駅 - 田端駅間は運転間隔が少し長くなる。
山手線 運行形態
また、1956年（昭和31年）11月19日に山手線と京浜東北線の線路が分離され、両線とも運転本数が増やされたが、増えた車両数に対応する車庫の建設が追いつかなかったため、一部編成を京浜東北線の蒲田電車区や下十条電車区（現在の下十条運転区）に留置させる必要が生じ、特に後者は山手線車両の配置も一時的に実施された。この関係で、早朝・深夜のみ、山手線 - 京浜東北線間を直通する蒲田発着列車や東十条発着列車が運転されていた。この列車は1967年に品川電車区（現・東京総合車両センター東エリア）が完成したことにより廃止された。
毎年10月の休日（ほとんどは体育の日）に途中無停車の団体専用臨時列車が運行されている。これは大崎周辺まちづくり協議会主催によるイベント「しながわ夢さん橋」の企画として運行されるもので、大崎駅から出発し山手線を1周して大崎駅に戻るものである。2006年（平成18年）までは内回り方向、2007年（平成19年）以降は外回り方向で走っている。2016年（平成28年）10月の運行では、当時1本しかなかった最新鋭のE235系トウ01編成を使用。また2017年（平成29年）の運行で通算30回目を超え、2020年（令和2年）10月11日の運行が通算33回目となった。これ以外にも、8月最後の土曜日の東京総合車両センター一般公開と合わせて、びゅうが企画するツアーの申込者を限定とした団体列車が運転されることがある。これも「しながわ夢さん橋」企画と同じく、大崎駅出発で途中駅をすべて通過し、大崎駅へ戻る臨時列車である。このほかにも2005年（平成17年）に運行された「山手線開業120周年」記念列車も途中ノンストップであった。
2024年（令和6年）3月からは、山手線を1周する電車に現役山手線車掌や駅社員が乗車して沿線観光や山手線の設備・歴史について案内する貸切の観光列車「東京まるっと山手線」が年に数回運行されている。当初は池袋発着で外回りで運行されたが、2025年（令和7年）3月は初めて内回りで運行、同年8月は初めて大崎駅発着（外回り）で運行された。
大晦日から元旦にかけての終夜運転は、外回りが10分間隔、内回りが12分間隔で運転される。このとき、原宿駅では明治神宮参拝客用臨時ホームが利用されていた。その後臨時ホームを拡幅する常設化工事を実施していたが、2020年（令和2年）3月21日に新駅舎とともに供用開始され、原宿駅は変則相対式の2面2線のホーム体制となった。
山手線 使用車両
東京総合車両センター所属のE235系電車が使用されている。11両編成で統一されており、E235系は先頭部と側面ドア部分がウグイス色（■）となっている。
E235系電車は、2015年11月30日から運用を開始した。2020年（令和2年）1月20日を最後にE231系500番台が営業運転を終了し、E235系に統一された。
E231系以降の導入車両では、車内に旅客案内装置としてVISが設置されるようになった。各ドア上部にはVIS表示用の液晶ディスプレイ (LCD) が2つずつ設置されている。右側の画面は次駅案内や所要時間（半周分のみ、目安30分以内）、近隣自社および主要他社・局路線の遅延状況・工事予告などが表示される。左側の画面は、ニュースや天気予報、CM、ナイター速報、エンターテインメント情報が流れる（トレインチャンネルを参照のこと）。液晶ディスプレイ自体は205系時代からあったが、文字と録画映像しか放送できなかった。
2014年（平成26年）3月から、スマートフォン向け情報配信サービス「山手線トレインネット」が「JR東日本アプリ」のコンテンツとして始まった。対応列車内では音波ビーコンによって、スマートフォンで号車別混雑率や室温、次の駅のホーム出口位置など、号車・乗車位置に応じた情報を受け取れる。2014年度（平成26年度）内に山手線全列車で対応するよう車両の改造工事が進められた。
山手線 使用車両
また、1年後の2015年（平成27年）3月には、音波ビーコンにより号車・乗車位置を特定する機能を「山手線チェックイン機能」と称し、他社のスマートフォンアプリに開放することが発表された。発表段階では、NTTドコモとサントリービジネスエキスパートが当該機能を利用するサービスを展開することを表明している。
2018年（平成30年）5月19日から車内に防犯カメラが設置されたE235系の運行が開始された。2020年（令和2年）時点で全車両に設置されている。防犯カメラはドアの上のディスプレイの右側に設置され、片側に2台、1車両で合わせて4台設置され車内全体を監視することができるようになっている。
以下はすべて電車。
キセル編成とは、103系時代に存在した、中間車が非冷房車で、先頭車が自動列車制御装置 (ATC) が搭載されている冷房車でありながら冷房が使えなかった編成のことである。冷房を使用するためには大きな出力の電動発電機 (MG) が必要だが、中間車の非冷房のモハ102には冷房に対応するMGが搭載されていなかった。一方で当時山手線ではATCの整備が進められており、両端の先頭車は（ATCを搭載した）冷房つきの新車であることが多かった。このため先頭車は冷房車であるが、MGが対応できていないために冷房が使えないということが発生した。
山手線 使用車両
205系の10号車、E231系の7・10号車には片側が6扉の車両が連結されていた。平日の始発から朝10時までは混雑緩和のため座席が収納され使用できないが、朝10時を過ぎた時点で座席を使用することができた。土・休日は終日座席を使用できた。しかし、山手線の混雑緩和が進んだことから2010年2月19日からは座席収納を取りやめ、座席の利用が終日可能になった。なお、後述のホームドアの設置に伴い、2011年9月4日までに6扉車が4扉車へ完全に置き換えられたほか、ホームドア対応機器の設置が予定されている。この置き換えのため、4扉の付随車104両が新造されている。この付随車は1人あたりの座席幅を既存車より10 mm広い460 mmとし、台車や空調、VISなどは廃車流用品を用いている。
山手線では以下のような特別塗装・ラッピング車両・ADトレインが運行された。
山手線 沿線概況
山手線一周の線路・沿線の概況を、品川駅を起点に外回り方向に記述する。なお近接する地下鉄路線は原則省略する。
東海道新幹線と京急本線が接続する品川駅を出ると、京急本線と国道15号（第一京浜）をくぐり、500メートルほど京浜東北線・東海道線・横須賀線・東海道新幹線と並行して掘割を南方向へ進む。やがて大きく右へカーブして東海道線・京浜東北線と分かれて横須賀線・東海道新幹線とともに目黒川を渡る。その先、横須賀線上にある旧目黒川信号場で、新宿・池袋方面発着の特急「成田エクスプレス」が走行する山手貨物線が横須賀線から分岐。横須賀線（品鶴線）・東海道新幹線が左方向へ離れ、山手貨物線は以降、田端駅手前まで電車線に並行する。車両基地である東京総合車両センターからの引込線が左手から合流すると大崎駅。山手貨物線を挟んで西側には品鶴線につながっている大崎支線があり、その線路上に湘南新宿ライン・埼京線・東京臨海高速鉄道りんかい線のホームが設けられている。