오우 본선
기점인 센다이역에서는 도호쿠 신칸센 및 도호쿠 본선에, 종점인 우젠치토세 역에서는 오우 본선에 접속하고 있다. 우젠치토세역 이후로 모든 열차가 오우 본선의 야마가타 역까지 직통 운전하므로, 운행 계통으로서의 센잔 선은 오우 본선 우젠치토세 - 야마가타를 포함하고 있다. 이 구간에는 궤간이 다른 야마가타 신칸센, 야마가타 선용의 복선 선로과는 달리 센잔 선 용으로 독립된 단선 협궤가 있다. 아테라자와 선도 협궤이기 때문에 기타야마가타 - 야마가타는 아테라자와 선 열차도 운행한다.