利根川
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1872年（明治5年）の新橋駅 - 横浜駅間における鉄道開業以降、関東地方では急速に鉄道網の整備が進められた。1880年（明治14年）には日本初の私鉄である日本鉄道が発足。1883年（明治16年）に上野駅 - 熊谷駅間を開通させたのを皮切りに翌1884年には高崎駅 - 前橋駅間が、1891年（明治24年）には日本鉄道奥州線（現・東北本線）、1895年（明治28年）には日本鉄道土浦線（現・常磐線）が田端駅 - 土浦駅間で開通した。こうした鉄道網発達に伴い利根川にも鉄道橋梁が建設され、1885年（明治18年）に利根川初の橋梁である東北本線利根川橋梁が完成、続いて1896年（明治29年）には常磐線利根川橋梁が完成した。
日本鉄道による東北本線の建設に際しては、利根川の架橋工事の問題が沿線の開発と並んで問題となった。大宮から分岐して宇都宮へ向かう実際に採用された案（甲線）と、熊谷から分岐して館林・佐野・栃木を経て宇都宮へ向かう案（乙線）が提案され、栃木県では県南部の開発をにらんで乙線を推進し、甲線は栗橋において利根川に長大な架橋を必要として工事が難しいことを訴えて運動を行った。しかし、両者を比較測量した結果、乙線では甲線に比べて新設する区間は5マイル（8 km）短いが、大宮 - 熊谷間21マイル（33.6 km）が加算されて全体としては遠回りになること、甲線は利根川に長大架橋が必要なものの大きな橋はそれ1箇所で他は工事が難しくないのに対して、乙線は多数の橋梁を必要として結果的に建設費が高く、また架橋の完成まで甲線は船で連絡して仮営業できるが、乙線は鉄道が多くの区間に分断されて仮営業が難しいこと、全体の工期が甲線の方が短いことなどから甲線が良いと結論し、利根川橋梁の建設に繋がった。
日本鉄道による利根川流域の鉄道網整備は他社を刺激し、以後続々と鉄道の敷設が進む。1894年に総武鉄道（現・総武本線）、1897年（明治30年）に成田鉄道（現・成田線）、1903年（明治36年）に東武鉄道伊勢崎線の利根川橋梁が完成し3年後の1906年（明治39年）羽生駅 - 川俣駅間が開通。1911年（明治44年）に千葉県営鉄道野田線（現・東武野田線）、1916年（大正5年）には流山軽便鉄道（現・流鉄）がそれぞれ運行を開始した。こうした鉄道網の整備は道路網の整備と並行して進められており、陸上交通網が発達することで水運から輸送の座を奪った。特に千葉県営鉄道野田線と流山軽便鉄道の開通はそれまで水運を利用していた野田の醤油、流山のみりん製造業が鉄道輸送に切替えたことで水運業者は大打撃を受け、後に利根運河が廃止される一因にもなった。また、1889年に開通した両毛線は沿線の栃木県足利市や群馬県桐生市の織物業輸送に利用され、鬼怒川方面からの流通が水運から離れたことも水運衰退の要因となっている。
利根川流域の鉄道網は戦後に入ると東京方面への通勤に利用するための鉄道網整備が進められ、複線化や複数の鉄道会社による相互乗り入れなどによる路線拡充が行われたほか、新規路線の整備も進められ2005年の首都圏新都市鉄道つくばエクスプレス開通まで多くの鉄道路線が整備された。利根川における橋梁で最も新しいのがつくばエクスプレス利根川橋梁である。現在利根川本流を渡河する鉄道路線は上流から上越線・両毛線・東武伊勢崎線・東武日光線・東北本線・東北新幹線・つくばエクスプレス・常磐線・鹿島線があり、流域内にはJR東日本の上越新幹線・北陸新幹線・信越本線・吾妻線・高崎線・八高線・武蔵野線・日光線・水戸線・総武本線・成田線・京葉線が走行し、私鉄では先述の東武鉄道、流鉄のほか京成電鉄、新京成電鉄・東葉高速鉄道・北総鉄道・銚子電鉄・秩父鉄道・上信電鉄・上毛電鉄・わたらせ渓谷鐵道・真岡鐵道・野岩鉄道・関東鉄道・鹿島臨海鉄道といった私鉄各社の本線・支線が縦横に走行している。また、地下鉄では都営新宿線、東西線が江戸川下流域を走行する。これらの鉄道路線は特に利根川以南の路線で年間の利用旅客数が多く、カスリーン台風のような大水害が発生すれば首都圏の鉄道網が大規模に寸断される危険性がある。
鉄道に関しては河川開発による路線変更例がある。草木ダムでは当時の国鉄足尾線（現・わたらせ渓谷鐵道）の一部区間が水没するため、事業者の水資源開発公団と国鉄の間で特殊補償交渉が行われた。最大の問題点はダムによって水没する草木駅の存廃であったが、結果的にダム湖右岸部に草木トンネルを建設し、神土駅（現・神戸駅） - 沢入駅間を繋ぐことになり、同駅は廃止された。吾妻線に関しては八ッ場ダムの建設により路線の一部が水没するため、岩島駅 - 長野原草津口駅で線路付け替え工事が行われ、川原湯温泉駅が高台に移転した。また、沼田ダム計画の折には上越線一部区間と沼田駅、岩本駅が水没するため、ダム湖沿いに新路線と新沼田駅の建設が予定されていたが、1972年にダム計画が中止となるに及んでこれらの路線変更計画も白紙となった。上越新幹線は関越自動車道と共に沼田市街地を大きく迂回しているが、これは沼田ダム建設が念頭にあったという新潟大学名誉教授（河川工学）の大熊孝による指摘がある。
利根川上流域に当たる群馬県と新潟県、長野県境は勾配が急なため、鉄道の敷設に関して特別な対策が取られていた。上越線上りでは湯檜曽川沿岸を走る土合駅 - 湯檜曽駅間にループ線が設けられている。一方信、越本線では碓氷川沿岸を走る横川駅 - 軽井沢駅間 にアプト式ラックレールを用いたラック式鉄道を1893年（明治26年）より日本で唯一採用していたが、1963年に廃止されている。
| 橋梁 | 鉄道路線 | 供用年 | 上り側最寄駅 | 下り側最寄駅 | 備考 |
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| 上越線第八利根川橋梁 | 上越線 | 1931 | 水上駅 | 湯檜曽駅 |  |
| 上越線第七利根川橋梁 | 上越線 | 1931 | 水上駅 | 湯檜曽駅 |  |
| 上越線第六利根川橋梁 | 上越線 | 1931 | 水上駅 | 湯檜曽駅 |  |
| 上越線第五利根川橋梁 | 上越線 | 1924 | 岩本駅 | 沼田駅 |  |
| 上越線第四利根川橋梁 | 上越線 | 1924 | 津久田駅 | 岩本駅 |  |
| 上越線第三利根川橋梁 | 上越線 | 1924 | 津久田駅 | 岩本駅 |  |
| 上越線第二利根川橋梁 | 上越線 | 1924 | 津久田駅 | 岩本駅 |  |
| 上越線第一利根川橋梁 | 上越線 | 1924 | 渋川駅 | 敷島駅 |  |
| 両毛線利根川橋梁 | 両毛線 | 1889 | 新前橋駅 | 前橋駅 |  |
| 東武伊勢崎線利根川橋梁 | 東武伊勢崎線 | 1903 | 羽生駅 | 川俣駅 | 1962年改築 |
| 東武日光線利根川橋梁 | 東武日光線 | 1929 | 栗橋駅 | 新古河駅 |  |
| 東北本線利根川橋梁 | 東北本線 | 1885 | 栗橋駅 | 古河駅 | 1980年改築 |
| 東北新幹線新利根川橋梁 | 東北新幹線 | 1974 | 大宮駅 | 小山駅 | 年代は橋梁の完成年 |
| つくばエクスプレス利根川橋梁 | つくばエクスプレス | 2005 | 柏たなか駅 | 守谷駅 |  |
| 常磐線利根川橋梁 | 常磐線 | 1896 | 天王台駅 | 取手駅 | 直近では2013・14年改築 |
| 常磐線新利根川橋梁 | 常磐線 | 1977 | 天王台駅 | 取手駅 |  |
| 鹿島線利根川橋梁 | 鹿島線 | 1970 | 十二橋駅 | 潮来駅 |  |