山陽新幹線
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2000年（平成12年）
3月11日：700系7000番台（E編成）「ひかりレールスター」が運行開始。食堂車の営業を廃止。
4月22日：「ひかりレールスター」所定本数がそろい、「ウエストひかり」廃止。
2001年（平成13年）10月1日：700系16両編成をJR西日本にも3000番台・B編成として投入（同年8月10日より臨時列車として暫定的に運用開始）。16両編成の11号車が禁煙車になる。
2002年（平成14年）11月23日：100系V編成「グランドひかり」が新大阪駅 - 博多駅間でさよなら運転。
2003年（平成15年）
5月16日：JR東海・JR西日本が4月24日に申請した東海道新幹線・品川駅の開業等に係る特別急行料金の上限設定を、国土交通省が認可。
5月20日：東海道新幹線・品川駅の開業等に係る特別急行料金の引き下げの届出が、JR東海・JR西日本から国土交通省中部・近畿運輸局に提出される。
10月1日：小郡駅が新山口駅に改称。東海道新幹線・品川駅の開業に伴う大規模ダイヤ改正により、次のように変更。
東海道 - 山陽直通の「ひかり」の一部を「のぞみ」に変更、これに伴って姫路・福山・徳山・新山口の各駅にも新たに「のぞみ」が停車するようになった。東京駅発着の「ひかり」は岡山駅までの運転となった。
「のぞみ」主体のダイヤへの移行に伴い、「のぞみ」は指定席の特急料金が最大で1240円（東京駅 - 博多駅間）値下げされると共に自由席（1 - 3号車 / 自由席特急料金は「ひかり」「こだま」と同額）が設定された。
「のぞみ」の全列車が新神戸駅に停車となる。
2004年（平成16年）1月22日：100系G編成の運用が終了。
2005年（平成17年）
2月1日 - 3月1日：山陽新幹線全駅に自動改札機が順次導入。
12月10日：新神戸駅がエクスプレス予約のサービスエリアになる。
2006年（平成18年）
3月18日：ダイヤ改正により、次のように変更。
東京駅 - 博多駅間直通の「のぞみ」が毎時2本に増発されると共に、東京駅 - 新大阪駅間の「のぞみ」1往復が姫路駅発着に変更される。
前年4月の福知山線脱線事故を受けて山陽新幹線でも「ゆとりダイヤ」を実施、500系で運転される「のぞみ」の所要時間を3 - 4分延伸。
速達タイプの「ひかりレールスター」（姫路駅と山口県内の駅を通過する列車）が運転開始。
16両編成の4号車が禁煙車になり、禁煙車率は69%から75%になる。
「レールゴーサービス」「ひかり直行便」が廃止。
6月23日：広島新幹線運転所（検修部門）と岡山新幹線運転所が博多総合車両所に統合され、それぞれ広島支所・岡山支所となる。また、広島新幹線運転所の乗務員派出所は廃止され、同運転所は乗務員区所になる。
7月22日：エクスプレス予約のサービスエリアが山陽新幹線全線に拡大。
2007年（平成19年）
7月1日：N700系が「のぞみ」で運転開始。新幹線管理本部発足に伴い、山陽新幹線全線と博多総合車両所、大阪新幹線運転所、広島新幹線運転所が同本部に移管。
12月21日：JR東海・JR西日本が12月3日に申請した「のぞみ」の西明石駅への新規停車に係る特別急行料金の上限設定を、国土交通省が認可。
2008年（平成20年）
3月15日：ダイヤ改正により次のように変更。
N700系の増備により、東京駅 - 博多駅間直通「のぞみ」のうち毎時1本がN700系での運転となる。
早朝の新大阪駅発東京駅行き「のぞみ」1本（休日運休列車）を西明石駅始発（毎日運転）に変更、西明石駅から初めて「のぞみ」が利用できると共に、西明石駅および新神戸駅から東京駅へは朝9時に到着できるようになった。
早朝の三原駅発新大阪駅行き「こだま」と新大阪駅発東京駅行き「ひかり」を統合して三原駅発東京駅行き「ひかり」として運転、これにより東京駅発着の「ひかり」は再び岡山駅以西でも見られるようになった（上り1本のみ）。
11月30日：0系が運用終了し、翌12月1日より500系V編成（8両編成）が定期「こだま」として運転され始めた。
2009年（平成21年）3月14日：名古屋駅 - 博多駅間の「ひかり」を広島駅発着に変更、これにより東海道区間から広島駅以西へ直通する「ひかり」および広島駅以西における通常時16両編成の定期「ひかり」は（一旦）消滅した。
2010年（平成22年）3月13日：東海道新幹線直通の定期列車の「のぞみ」がすべてN700系に置き換わる。
2011年（平成23年）3月12日：ダイヤ改正により次のように変更。
九州新幹線と直通運転を開始。「さくら」「みずほ」運行開始。
100系が岡山駅以東での運用終了。この結果、新大阪駅 - 岡山駅間はすべての車両の最高速度が 270 km/h 以上となる。
自由席特急券など で小倉駅から乗車し、小倉駅 → 博多駅間の「ひかり」「こだま」の普通車指定席に空席がある場合に限って普通車指定席が利用できる特例が廃止。
2012年（平成24年）3月17日：ダイヤ改正により次のように変更。
九州新幹線に直通する「さくら」を7往復、「みずほ」を1往復増発。
100系・300系が運用終了し、山陽新幹線内ではすべての車両の最高速度が 285 km/h 以上となったほか、「こだま」が8両・16両編成に統一された。
「さくら」「みずほ」の増発に伴い、山陽新幹線内で完結する「ひかり」を2往復にまで削減。このうち、「ひかりレールスター」は博多駅発新大阪駅行きの上り1本のみに。
「つばめ」が新下関駅まで乗り入れ開始（熊本駅発新下関駅行き・鹿児島中央駅発小倉駅行き各1本）。
2013年（平成25年）
3月16日：新大阪駅で27番ホームの使用を開始。ダイヤ改正により次のように変更。
山陽新幹線内のダイヤ調整により、一部の「のぞみ」「さくら」の所要時間が山陽区間内で約5分短縮された。
同年の2月8日に東海道区間で営業運転を開始したJR東海所有のN700系1000番台（G編成。通称「N700A」、「A」は Advanced の略）が山陽区間でも運用を開始した。車軸のブレーキディスクのボルトを内周締結式から中央締結式に変更し、台車振動検知システム、定速走行装置（東海道区間のみ使用）を搭載する。
「さくら」の新下関駅発鹿児島中央駅行き・鹿児島中央駅発博多駅行き各1本を広島駅発着に変更し、定期列車としては初めて広島駅発着の「さくら」が設定された。
早朝の名古屋駅発広島駅行き「ひかり491号」を博多駅まで延長、これにより東海道区間から広島駅以西へ直通する「ひかり」および広島駅以西における通常時16両編成の定期「ひかり」が4年ぶりに復活した。
新岩国駅に再び定期の「ひかり」が停車（下り1本、上り2本）するようになり、山陽区間内で「こだま」しか停車しない駅は厚狭駅のみとなった。
「つばめ」の山陽区間への乗り入れが廃止された。
車内におけるオーディオサービスが廃止された（NHKラジオ第1放送はFMラジオで引き続き聴取可能）。
12月：JR西日本所有のN700系4000番台（F編成。通称「N700A」）が営業運転開始。
2014年（平成26年）3月15日：ダイヤ改正により次のように変更。
新大阪駅 - 鹿児島中央駅間の「さくら」1往復を「みずほ」に置き換え、定期の「みずほ」は1日6往復の運転となった。その「みずほ」は2往復が新たに姫路駅にも停車するようになった。
「のぞみ」の上りのダイヤパターンが一部修正され、広島駅では定期の「のぞみ」がほぼ20分間隔で発車するようになった。
徳山駅・新山口駅各々における「のぞみ」「さくら」の停車本数が見直された。
700系およびN700系（いずれも16両編成）における、車内の自動販売機での飲料販売が取り止めとなった。
2015年（平成27年）11月7日：山陽新幹線運行開始40周年、ならびにテレビアニメ「新世紀エヴァンゲリオン」放送開始20周年記念事業として、500系新幹線8両編成にエヴァンゲリオンのデザインを施した車両「500 TYPE EVA」を運行開始。当初は2017年3月までの予定であったが、好評のため2018年春まで延長。
2016年（平成28年）
3月8日：JR西日本は保有するN700系3000番台（N編成）の16編成すべてをN700Aの機能の一部を反映した形に改造する工事が終了。
3月9日：新神戸駅・岡山駅・広島駅・小倉駅・博多駅の各駅に発車メロディとして「銀河鉄道999」を導入（博多駅のみ3月10日導入、新大阪駅はJR東海管轄のため除外）。
12月22日：新山口駅 - 小倉駅間のトンネル内における対策工事終了に伴い、山陽新幹線全線で携帯電話の使用が可能になる。
2017年（平成29年）
2月19日：保安装置をアナログATC（ATC-1）からデジタルATC (ATC-NS) へ切り替え。同時に運転方式を車内信号閉塞式からATC方式に変更。
3月4日：ダイヤ改正により次のように変更。
東海道・山陽新幹線を直通する全定期「のぞみ」「ひかり」がN700Aで運転。
新型ATC(ATC-NS)導入に伴い、新大阪駅 - 博多駅間で「のぞみ」「みずほ」で平均約1分、「こだま」で平均約15分の所要時間の短縮。
東京駅 - 岡山駅間「ひかり」の最高速度を、東海道新幹線区間は285 km/h、山陽新幹線区間は300 km/hに引き上げ。
新大阪駅 - 鹿児島中央間に臨時「みずほ」（毎日運転）2往復を運転。
6月1日：9年ぶりに山陽新幹線パーサーの制服が刷新された。
9月30日：山陽新幹線にてICOCAやPASMOなどが利用可能となるサービス「スマートEX」を開始。
2018年（平成30年）
6月1日：新幹線管理本部を改組し、本社直属の新幹線鉄道事業本部が発足。
7月：平成30年7月豪雨により山陽本線の復旧に時間を要することから、特例措置として新倉敷駅 - 広島駅間・新岩国駅 - 徳山駅間において代替輸送を実施。
7月25日：東海道・山陽・九州新幹線共通の車内無料公衆無線LANサービス「Shinkansen Free Wi-Fi」を開始。
9月8日：9日の山陽本線 白市駅 - 瀬野駅間の運転再開に伴い、この日限りで山陽新幹線による代替輸送が終了。
2020年（令和2年）
4月9日：新型コロナウイルス感染症流行状況を踏まえ、この日から車内販売が当面の間休止。
5月20日：この日乗車分から事前予約制の「特大荷物スペースつき座席」が開始。駅には「荷物サイズ測定台」（手荷物サイザー）が設置される。
7月17日：車内販売を再開。
2021年（令和3年）
2月1日：新型コロナウイルス感染症流行による利用者減により、この日から車内販売が当面の間休止。
10月1日：夜間保守作業の確保を目的に、相生駅 - 岡山駅間に帆坂保守基地を開設。
10月1日：JR東海とともに東海道・山陽新幹線「のぞみ」でワークプレイス「S Work車両」を7号車（普通車）に導入（予約開始は9月1日から）。N700Sの7号車・8号車で新たな無料公衆無線LANサービス「S Wi-Fi for Biz」を提供開始。
11月1日：東海道新幹線直通の定期列車の「のぞみ」に限り、山陽新幹線内で車内販売などの車内サービスが再開。
2022年（令和4年）
3月14日：ダイヤ改正により、「のぞみ」2号が博多発を15分繰り上げて6時とし、東京着が18分繰り上がり初の10時台（10時57分）となる。また、広島行き最終列車の「のぞみ」109号が、東京発を20時へ9分繰り下げし、広島までの所要時間が従来の4時間1分より7分短縮され3時間54分となる。
10月1日：新幹線鉄道事業本部を再編して本社組織として新幹線本部、地方機関として山陽新幹線統括本部を設置し、福岡支社を山陽新幹線統括本部下に移す。
2023年（令和5年）
10月1日：訪日外国人旅行者向け乗車券「ジャパンレールパス」で、別途専用きっぷ「【ジャパン・レール・パス専用】のぞみ・みずほ利用券」購入により「のぞみ」「みずほ」が利用可能となる。
2024年（令和6年）
3月16日：東海道、山陽、九州新幹線で喫煙ルームを廃止。非常用の飲料水備蓄庫に転用。これにより日本国内全ての新幹線で一切タバコが吸えなくなる。