武蔵野線
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1952年（昭和27年）5月27日：首都外郭環状線の一環として、埼玉県が所沢 - 浦和 - 流山 - 我孫子間の路線を申請。
1955年（昭和30年）9月2日：首都外郭環状鉄道建設県期成同盟が結成される。この時、仮線名を「玉葉線」とする。
1957年（昭和32年）4月3日：鉄道建設審議会で玉葉線の建設が決定。
1964年（昭和39年）4月：武蔵野線の基本計画が提示され、運輸大臣が日本鉄道建設公団に建設を指示。
1965年（昭和40年）12月17日：南浦和駅で起工式を挙行。
1966年（昭和41年）9月1日：西船橋 - 北馬橋〈当時〉間 14.62kmの区間（小金線〈当時〉）について、日本鉄道建設公団が運輸大臣から工事施行認可を受ける。
1973年（昭和48年）4月1日：武蔵野線 府中本町駅 - 新松戸駅間 57.5km、貨物支線 新小平駅 - 国立駅間 5.0km、新秋津駅 - 日本国有鉄道線・西武鉄道株式会社線分界点間 1.6km、西浦和駅 - 与野駅間 4.9km、南流山駅 - 北小金駅間 2.9km、南流山駅 - 馬橋駅間 3.7kmが開業。中央本線貨物支線（下河原線）北府中駅 - 下河原駅間 3.8km が編入される。
府中本町駅 - 新松戸駅間のうち貨物営業は北府中駅 - 南流山駅間 53.7km のみ。
西国分寺駅・新小平駅・新秋津駅・東所沢駅・新座貨物ターミナル駅・新座駅・北朝霞駅・西浦和駅・東浦和駅・東川口駅・南越谷駅・越谷貨物ターミナル駅・吉川駅・三郷駅・南流山駅・新松戸駅が開業。田島信号場・別所信号場が開設。北府中駅・下河原駅の所属線区を中央本線から武蔵野線に変更。
1974年（昭和49年）10月1日：武蔵野操車場が開設。
1976年（昭和51年）
3月1日：鶴見駅 - 新鶴見操車場 - 府中本町駅間 28.8km が貨物営業のみで延伸開業。梶ヶ谷貨物ターミナル駅 - 尻手駅間 10.3km に営業キロを設定。梶ヶ谷貨物ターミナル駅開業。府中本町駅 - 北府中駅間 1.7km で貨物営業が開始。
9月20日：貨物支線 北府中駅 - 下河原駅間 3.8km が廃止され、下河原駅が廃止。
1978年（昭和53年）
5月26日：新松戸駅 - 西船橋駅間 14.3km （小金線〈当時〉）が完工。午後に千葉県船橋市内の同線上でレール締結式を開催。
10月2日：新松戸駅 - 西船橋駅間 14.3km が旅客営業のみで延伸開業。新八柱駅・市川大野駅・船橋法典駅が開業。朝のラッシュ時は15分、夕方のラッシュ時は20分、昼間は40分の運転間隔であった。
1980年（昭和55年）
8月17日：浦和市（現・さいたま市桜区）田島の西浦和駅付近の高架下にある古タイヤ倉庫から出火し、タイヤ約4万本が焼ける。この火災の影響で高架橋が損傷したため、1か月にわたり北朝霞駅 - 西浦和駅間が不通となる。
9月17日：支保工を組んで橋脚に直接荷重がかからないように措置をした上で、下り2線のみを使用して運転を再開する。
1981年（昭和56年）3月23日：西浦和駅付近の4線が復旧し、全面再開する。
1984年（昭和59年）2月1日：新鶴見操車場が信号場に変更、新鶴見信号場となる。
1985年（昭和60年）
3月14日：新三郷駅が開業。ダイヤ改正により、日中の運転本数が毎時3本に増発。
9月30日：武蔵浦和駅が開業し、田島信号場が統合される。
1986年（昭和61年）11月1日：武蔵野操車場が廃止。
1987年（昭和62年）4月1日：国鉄分割民営化により、東日本旅客鉄道が継承。日本貨物鉄道が鶴見駅 - 南流山駅間などの第二種鉄道事業者となる。梶ヶ谷貨物ターミナル駅 - 尻手駅間 10.3km 、新秋津駅 - 日本国有鉄道線西武鉄道株式会社線分界点 1.6km 間の営業キロ設定が廃止。
1988年（昭和63年）12月1日：京葉線との直通運転を開始。ダイヤ改正により、日中の運転本数が毎時5本に増発。
1991年（平成3年）
10月8日：205系電車（6両編成）が営業運転を開始。12月ダイヤ改正における103系組み替えのため、先行して投入された。
10月12日 - 12月11日：台風21号の影響で新小平駅構内で地下水の噴出により線路およびホームが水没し、西国分寺駅 - 新秋津駅間が不通になる。
12月1日：6両編成に加えて8両編成での運転が始まる。8両編成化は、当時6両編成37本が配置されていた車両のうち、最混雑時に運用する20本を8両編成化するものである。新製の205系は12月5日までに投入されたが、編成組み替えを行う103系は、前述の武蔵野線一部区間不通の影響により、当初12月7日に8両編成化が完了する予定が12月18日まで遅れた。
1996年（平成8年）
10月20日：201系が運用を終了。
12月1日：ダイヤ改正により、すべての一般列車が8両編成となる。
1998年（平成10年）3月14日：東松戸駅が開業。
2000年（平成12年）
4月10日：東川口 - 西船橋間の降雨防災強化工事完成に伴い、大雨時の運行規制を緩和。
12月2日：日本貨物鉄道の第二種鉄道事業として南流山駅 - 西船橋駅間 16.4km が開業。
2002年（平成14年）12月1日：ダイヤ改正を実施。「むさしのドリーム」の愛称が廃止。休日日中の運転本数が毎時5本から毎時6本に増発。
2003年（平成15年）
上半期：自動進路制御装置が各駅で順次使用開始。
11月9日：南越谷駅 - 吉川駅間（越谷レイクタウン計画地付近）の下り線が高架化。
2004年（平成16年）6月27日：南越谷駅 - 吉川駅間の上り線が高架化。
2005年（平成17年）12月10日：ダイヤ改正を実施。103系が運用を終了。
2008年（平成20年）3月15日：越谷レイクタウン駅が開業。ダイヤ改正により、東所沢駅 - 南越谷駅間の下り終電を約26分繰り下げて、南浦和駅0:37発とする。
2010年（平成22年）12月4日：以下の内容でダイヤ改正を実施。
「むさしの号」が定期列車となり、当線内では各駅停車となる。
「しもうさ号」の運転が開始。
209系が運用を開始。
2012年（平成24年）
1月22日：東京圏輸送管理システム (ATOS) の使用が開始。
3月17日：吉川美南駅が開業。
2013年（平成25年）
3月16日：ダイヤ改正により、平日日中の運転本数が毎時5本から毎時6本に増発。東京駅直通列車が全区間各駅停車となる。
4月1日：貸付期間経過に伴い、府中本町駅 - 新松戸駅間が鉄道・運輸機構からJR東日本に譲渡。
2014年（平成26年）9月17日：臨時特急「むさしのかいじ」の運転が開始。
2015年（平成27年）9月30日：西国分寺駅 - 新小平駅間の小平トンネル (2,654 m)および新小平駅 - 新秋津駅間の東村山トンネル (4,380 m)で、携帯電話不通区間が解消。
2016年（平成28年）3月：貸付期間経過に伴い、新鶴見信号場 - 府中本町駅間が鉄道・運輸機構からJR東日本に譲渡。
2017年（平成29年）11月1日：E231系が運用を開始。
2018年（平成30年）10月2日：貸付期間経過に伴い、新松戸駅 - 西船橋駅間が鉄道・運輸機構からJR東日本に譲渡。
2020年（令和2年）10月19日：205系が運用を終了。
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、府中本町駅 - 東所沢駅間で終電を最大23分繰り上げ。
10月9日：臨時快速「ホリデー快速鎌倉」が南越谷駅発着から吉川美南駅発着に変更となり、新たに越谷レイクタウン駅にも停車するようになった。
2022年（令和4年）
9月25日：臨時快速「ホリデー快速鎌倉」の運転を終了。
10月1日：前述の「ホリデー快速鎌倉」に代わり、臨時特急「鎌倉」の運転を開始。越谷レイクタウン駅・南浦和駅・東所沢駅が停車駅から外れた。
2023年（令和5年）
4月1日：武蔵野線開業50周年を記念して、ヘッドマーク付き列車（E231系MU16編成が対象）を同年6月30日まで運行。沿線のNewDaysで記念グッズを発売。
11月25日：吉川美南駅 - 鎌倉駅間で特急「武蔵野線50周年鎌倉号」を運転。使用車両は、E257系5500番台OM51編成（東大宮センター所属）5両。