東京メトロ副都心線
副都心線(ふくとしんせん)は、埼玉県和光市の和光市駅から東京都渋谷区の渋谷駅までを結ぶ、東京地下鉄(東京メトロ)が運営する鉄道路線である。『鉄道要覧』における名称は13号線副都心線。和光市駅 - 小竹向原駅間は有楽町線と線路・駅・施設を共用しており、同区間も含めて副都心線と呼ぶことが多い。
路線名の由来は、池袋・新宿・渋谷の三大副都心を縦断することから。池袋駅 - 新宿三丁目駅 - 渋谷駅間は山手線のバイパス的な役割を持つ。車体および路線図や乗り換え案内で使用されるラインカラーは「ブラウン」(、茶)、路線記号はF。
帝都高速度交通営団(営団地下鉄)の民営化後(東京メトロ発足後)初の路線として開業した。また、東京メトロの9路線で唯一千代田区を通っていない。
和光市駅から東武東上線に、小竹向原駅から西武有楽町線を経由して西武池袋線と相互直通運転を行っているほか、渋谷駅から先はほぼ全ての列車が東急東横線・横浜高速鉄道みなとみらい線に直通しており、運転系統も完全に一体化している。本路線を含めた鉄道6事業者(東武・西武・東京地下鉄・東急・横浜高速鉄道・相鉄)による相互直通運転が行われており、埼玉県西部の小川町・川越市(東武東上線)、飯能市・所沢市(西武線)の各方面から神奈川県横浜市(東急東横線・みなとみらい線)、大和市・海老名市・藤沢市(相鉄線)までの広域鉄道網を形成している。和光市駅 - 池袋駅間は東武東上線と並行しており、特に和光市駅 - 地下鉄赤塚駅(下赤塚駅)間は両鉄道事業者の駅が近接している。
和光市駅から小竹向原駅までは有楽町線と同じ線路を走行する。西武有楽町線との合流点でもある小竹向原駅を出発すると有楽町線の線路から分かれるが、要町駅まで同線の直下を走る。隣の池袋駅のホームは同線のホームとは離れた位置にあるが、線区上は同駅まで並走扱いとなる。池袋駅で有楽町線と分かれ、JR山手線と並行しながら南下する。途中の東新宿駅のホームは上下2層の2面4線構造となっており、同駅で急行・通勤急行が各駅停車を追い抜くことが可能である。終点の渋谷駅は東急東横線の線路と繋がっている。
東武東上線小川町駅 - みなとみらい線元町・中華街駅間および西武池袋線飯能駅 - みなとみらい線元町・中華街駅間のそれぞれについて、日中の時間帯に本路線を経由して各線内を特別料金不要の最速達(副都心線内は急行運転)で運行される列車については「Fライナー」の愛称がつく。また、土休日には西武秩父線西武秩父駅 - みなとみらい線元町・中華街駅間で有料座席指定列車の「S-TRAIN」が運行される。
有楽町線および直通先の東急東横線・横浜高速鉄道みなとみらい線、東武東上線和光市駅 - 小川町駅間および西武有楽町線・池袋線練馬駅 - 飯能駅間を含めた営業キロは150.4 kmで、これは東京メトロ関連の一般列車の運用距離としては千代田線(綾瀬 - 北綾瀬間・常磐緩行線・小田急小田原線代々木上原 - 伊勢原間・多摩線含む)の113.0 kmや、日比谷線・半蔵門線(東武スカイツリーライン・伊勢崎線東武動物公園 - 久喜間・日光線東武動物公園 - 南栗橋間・東急田園都市線含む)の119.6 kmを上回り最長である。土休日限定でS-TRAINが入線する池袋線飯能 - 吾野間・西武秩父線を含めると183.5 km、臨時列車として入線する狭山線も含めると187.7 kmで、これは千代田線の小田急ロマンスカー(小田原線伊勢原 - 小田原間・江ノ島線・箱根登山鉄道鉄道線小田原 - 箱根湯本間含む)を含めた運用距離177.0 kmを上回る。
距離・駅数は小竹向原駅 - 渋谷駅間のもの。
路線距離(営業キロ):11.9 km
和光市駅 - 小竹向原駅間の8.3 kmは有楽町線の線路を使用。副都心線和光市駅 - 渋谷駅間の営業キロは20.2 km。
駅数:11駅(起終点駅含む)
複線区間:全線
電化区間:全線(直流1,500 V、架空電車線方式)
閉塞方式:速度制御式(新CS-ATC)・ATO(全線)
列車無線方式:誘導無線 (IR) 方式、デジタル空間波無線方式 (D-SR) 方式
最高速度:80 km/h
平均速度:急行 49.0 km/h・各停 40.2 km/h(小竹向原駅 - 渋谷駅間)、急行 54.3 km/h・各停 47.4 km/h(和光市駅 - 小竹向原駅間)(2021年4月1日現在)
表定速度:急行 43.9 km/h・各停 31.9 km/h(小竹向原駅 - 渋谷駅間)、急行 54.3 km/h・各停 40.9 km/h(和光市駅 - 小竹向原駅間)(2021年4月1日現在)
全線所要時分:急行 16分15秒・各停 22分25秒(小竹向原駅 - 渋谷駅間)、急行 9分10秒・各停 12分10秒(和光市駅 - 小竹向原駅間)(2021年4月1日現在)
工場:綾瀬工場(千代田線内)
最急勾配:40 ‰(新宿三丁目 → 東新宿・B線のみ)
本路線のうち池袋 - 渋谷間の建設に要した建設費用は総額2,404億円(消費税除く)である。その内訳は土木関係費が1,773億5,144万3,000円、電気関係費が248億2,662万9,000円、車両関係費が170億8,065万8,000円、その他が211億4,127万円となっている 。
当初第8号線(有楽町線)として計画・建設工事に着工し、後述する都市交通審議会答申第15号によって第13号線となった和光市 - 小竹向原間の建設費用は、有楽町線の建設費用として計上されている。なお、小竹向原 - 新線池袋間の建設費用は1992年度 - 1994年度に計上され、計126億6,016万6,000円を要した。
本路線では保安装置に車内信号式自動列車制御装置(新CS-ATC)を導入しており、自動列車運転装置 (ATO) での自動運転によるワンマン運転を行っている。施工に当たっては、有楽町線の新CS-ATC化の2期工事区間(和光市 - 池袋間・小竹向原 - 新線池袋間・2007年10月27日使用開始)と一括発注し、コストダウンを図った。なお、開業時での運転間隔は10両編成による3分間隔を、将来的には10両編成による2分間隔で運転することを想定している。
ATO装置の最終的な停止精度は前後45 cm以内であるが、 副都心線開業時点から当面は10 cmの余裕を持たせた前後55 cm以内に設定している。
副都心線は1972年(昭和47年)3月の東京圏の鉄道網整備計画「都市交通審議会答申第15号」において東京13号線として答申されたもので、第8号線から削除した成増 - 向原間に志木 - 成増間および向原 - 新宿間を加え、「志木から和光市、成増、向原、池袋、東池袋、目白東、諏訪町、西大久保を経由して新宿へ至る路線」として初めて示された。第13号線は和光市 - 向原間は第8号線(有楽町線)と線路を共有し、向原 - 池袋間は第8号線と同一のルートを通る複々線とされた。
同時に志木 - 和光市間は東武東上線を複々線化することならびに新宿より渋谷、品川を経て羽田空港方面への延伸を検討することも示された。その後、1985年(昭和60年)7月の運輸政策審議会答申第7号では池袋以南の南下について、終点を渋谷とすることが示された。
このうち、志木 - 和光市間は東武東上線の複々線化を実施し、和光市 - 小竹向原駅は有楽町線として、小竹向原 - 池袋間は有楽町線新線としてそれぞれ開通した。有楽町線新線は、副都心線開業までの間「有楽町線(新線)」または単に「新線」(New Line)と案内され、同線の終着であった池袋駅は広く「新線池袋」(New Line Ikebukuro)と案内されていた。
有楽町線の建設当初、第13号線の開業時期は先になることが予想されていた。しかし、有楽町線との一体建設によるコスト低減、沿線住民への配慮、道路占有手続きなど総合的に判断して、小竹向原 - 池袋間は有楽町線と同時に建設を行った。また、この区間は、手続き上は有楽町線の複々線部として取り扱うことになった。
このため、1977年(昭和52年)9月に小竹向原 - 池袋間を複々線とする工事計画変更認可を受け、同区間の建設工事に着手した。用地節約のため、この区間は4線並列ではなく、上下2段のトンネル構造としている。上段部の有楽町線は1983年(昭和58年)6月に開業し、第13号線となる下段部(現在の副都心線部)は、1985年(昭和60年)8月に池袋駅(後の新線池袋駅、現在の副都心線池袋駅)の完成により、全ての地下構造物の構築を完了した。
その後、有楽町線池袋以西の混雑緩和のため、第13号線小竹向原 - 池袋間を先行して開業することが決定され、1992年(平成4年)5月から1994年(平成6年)10月にかけて下段トンネル内の清掃、漏水処理、連結送水管の設置、(新線)池袋駅にエレベーター、エスカレーターの設置や出入口の構築、電気工事等を行い、1994年(平成6年)12月7日に有楽町線新線として開業することになった(この区間の開業式では「有楽町線複々線 小竹向原 - 池袋開通」と書かれていた)。この開業時点では千川駅・要町駅のホームは未開業で全列車通過とされ、第13号線の池袋駅は新線池袋駅と呼称することになった。また、この時より路線図や池袋駅の案内サイン類にてブラウンのラインカラーが使用されている。
この区間は小竹向原 - 新線池袋間をノンストップで走り、有楽町線本線よりも2分短い4分で走っていた。運転本数は朝ラッシュ時で1時間あたり6本(約10分間隔)、平日の日中および土休日は1時間あたり4本(約15分間隔)で運転していた。営業キロは2.96 kmであり、最小曲線は240 m、最急勾配は35‰である。
第13号線池袋 - 渋谷間の地方鉄道敷設免許は、同じ第13号線の和光市 - 成増間の免許申請とともに1975年(昭和50年)9月2日に申請していた。なお、答申されていたのは志木 - 新宿間であるが、新宿付近は地理的、技術的な制約から折り返し設備が渋谷に近い代々木付近まで伸びること、渋谷まで延伸することは大きな輸送需要が見込めることから、渋谷まで延長して申請したものである。
しかし、翌1976年(昭和51年)8月11日に和光市 - 成増間の路線免許は交付されたが、池袋 - 渋谷間の地方鉄道敷設免許の交付は保留となり、以来は免許申請中状態が続いていた。1975年(昭和50年)の池袋 - 渋谷間路線免許申請では、同区間の建設費用は2,085億円を想定していた。
その後、政府は長引く不況への景気回復策として1998年11月に緊急経済対策を策定し、翌月に補正予算の編成を行った。そして、地下鉄13号線については整備による地域経済の活性化、雇用の拡大などによる景気回復に有効であるとの理由から建設予算の確保に至った。この補正予算の編成に合わせ、当時の帝都高速度交通営団は池袋・新宿・渋谷といった3大副都心への重要なアクセス、JR山手線・埼京線に対する混雑緩和へ寄与するなど、建設によるメリットが大きいことから地下鉄13号線の建設を進めることを決定した。
このため、1975年以来申請中であった地方鉄道敷設免許→改正により第1種鉄道事業免許の追加申請を1998年12月17日に実施した。そして、1999年1月25日に池袋 - 渋谷間の第1種鉄道事業免許を取得した。その後、各種手続きを経た2001年6月15日に同区間の建設が開始された(2004年4月1日に営団が民営化され建設は東京地下鉄に継承)。なお、千川駅と要町駅は駅躯体工事のみ施工されていたことから内装工事の実施、新線池袋駅(後の副都心線池袋駅)では躯体工事のみ施工されていた丸ノ内線との連絡通路や連絡階段などの内装工事が実施された(2007年5月 - 2008年7月)。半蔵門線渋谷駅は、副都心線乗り入れに伴い改良工事が実施された(2007年1月 - 2008年7月)。
池袋 - 渋谷間の建設に当たり、営団地下鉄が1951年の丸ノ内線建設を施工して以来、半世紀にわたり培ってきた地下鉄建設技術を集結させた上、各種の新技術を採用した。このことから「環境負荷低減への積極的な取り組み」「建設コストの削減」「建設工事に関する沿道とのコンセンサス形成」の3点に重点を置いて建設を行った。
雑司が谷駅 - 渋谷駅間では明治通りの直下を通り、本区間で新設した7駅のうち雑司が谷駅と西早稲田駅は駅シールド工法で、それ以外の駅は開削工法で建設されている。東新宿駅は急行待避線を設置する関係で2段構造の駅としている。また、新宿三丁目駅構内には渋谷方からの折り返し用の引き上げ線が設置されている。本区間の建設には計10台のシールドマシンが使用された。
駅間は池袋駅 - 新宿三丁目間が単線シールド構造、新宿三丁目 - 渋谷間は複線シールド構造を採用している。このうち、明治神宮前 - 渋谷間の複線シールドには新たに開発した複合円形複線シールドを採用した。このトンネルは従来の丸形シールドトンネルよりも上下方向に圧縮した楕円形の断面とし、土砂掘削量の削減やトンネル下部に使用するコンクリート材を減少させ、従来のシールドトンネルと同等のコストに抑えている。
2007年1月24日、13号線の路線名を「副都心線」とすることが発表された。合わせて建設中の正式な駅名も発表し、池袋駅側から順に雑司が谷(雑司ヶ谷)、西早稲田、東新宿(新宿七丁目)、新宿三丁目、北参道(新千駄ヶ谷)、明治神宮前とした(カッコ内はそれまでの仮称)。
2008年6月14日に全線が開業した。これに合わせ、有楽町線新線を編入した上で和光市 - 渋谷間を「副都心線」と命名し、和光市 - 小竹向原間は有楽町線と線路・駅・施設を共有することになった。有楽町線新線から副都心線への改称に合わせて、便宜上「新線池袋駅」と案内されてきた同駅が「池袋駅」に改称され、千川駅と要町駅の営業が開始された。また、開業と同時に東武東上線や西武有楽町線を経由して池袋線との相互直通運転が開始された(相互直通運転自体は有楽町線新線時代から実施)。
開業後の利用者数は増加の一途をたどっている。都内鉄道駅を対象に2009年度と2014年度の利用者数を比較しその増加率を見ると、渋谷駅が第2位、東新宿駅が第3位、北参道駅が第7位、明治神宮前駅が第9位に入る。また、東京13号線計画とは別に2013年3月16日から渋谷駅で東急東横線との相互直通運転を行っており(後述)、利便性のさらなる高まりにより、東新宿駅などの利用者数をさらに押し上げている。
こうした輸送人員の大幅な増加によって、路線の経営状態も大きく改善している。週刊東洋経済が、国土交通省鉄道局『鉄道統計年報』から営業係数を算出したところ、2008年度の104.3に対し、2013年度は79.5となり、丸ノ内線や南北線を上回る黒字路線へと成長している。
また、2022年1月には東急東横線および2023年3月に開業する東急新横浜線を経由して相模鉄道の相鉄新横浜線と直通運転を行うことが発表された。さらに、同年12月には相模鉄道、東急電鉄、鉄道・運輸機構の三社合同で発表し、東急新横浜線・相鉄新横浜線(新横浜駅)の開業日が2023年3月18日に正式決定した。
なお、一部は有楽町線として建設された区間も含む。
1972年(昭和47年)
2月26日:後に共用区間となる成増 - 池袋間の建設工事に着手。
3月1日:都市交通審議会答申第15号において都市高速鉄道第13号線(志木 - 和光市 - 向原 - 池袋 - 新宿)が追加。
1975年(昭和50年)9月2日:第13号線和光市 - 成増間と池袋 - 渋谷間の地方鉄道敷設免許の申請ならびに第8号線向原 - 池袋間の工事方法一部変更(13号線として別に建設する)する認可を申請。
1976年(昭和51年)8月11日:第13号線和光市 - 成増間の地方鉄道敷設免許取得ならびに第8号線向原 - 池袋間の工事変更が認可。なお、第13号線池袋 - 渋谷間の地方鉄道敷設免許の交付はされなかった。
1977年(昭和52年)4月8日:建設工事計画変更により、第8号線・第13号線の共用区間である小竹向原 - 新線池袋間の建設工事に着手。
1978年(昭和53年)9月1日:同じく共用区間となる和光市 - 成増間建設工事に着手。
1983年(昭和58年)6月24日:営団成増(現・地下鉄成増) - 池袋間開業。
1985年(昭和60年)
7月11日:運輸政策審議会答申第7号において志木から渋谷に至る路線として再度制定。
8月:第13号線小竹向原 - 池袋(→新線池袋→副都心線池袋)間の建設工事を完了(この時点では未開業)。
1987年(昭和62年)8月25日:和光市 - 営団成増(現・地下鉄成増)間開業。
1992年(平成4年)5月:第13号線小竹向原 - 新線池袋間(現・副都心線池袋)の開業に備え、同区間の工事を開始。
1994年(平成6年)12月7日:小竹向原 - 新線池袋(現・副都心線池袋)間を有楽町線新線として開業。ただし、途中の千川駅と要町駅は通過(駅構造物自体は有楽町線建設時に構築済み)。
1998年(平成10年)12月17日:1975年以来、免許申請中であった第13号線池袋 - 渋谷間の鉄道事業免許を追加申請。山手線の急行線的性格を持たせ、また建設費を削減するために、設置駅を4駅にすると発表。
1999年(平成11年)
1月25日:第13号線池袋 - 渋谷間鉄道事業免許取得。
5月25日:新千駄ケ谷駅(仮称)を設置する事業基本計画変更を運輸省関東運輸局長に申請。
2001年(平成13年)
3月30日:第13号線池袋 - 渋谷間工事施工認可。
5月15日:池袋 - 渋谷間の都市計画を決定。
6月15日:第13号線池袋 - 渋谷間建設工事に着手。
2002年 (平成14年)1月29日:東急東横線との直通運転が決定。
2007年(平成19年)
1月24日:第13号線の路線名称を「副都心線」とし、新規開業区間(池袋駅 - 渋谷駅間)の正式な駅名を発表。池袋駅から順に、雑司が谷(雑司ヶ谷)、西早稲田、東新宿(新宿七丁目)、新宿三丁目、北参道(新千駄ヶ谷)、明治神宮前、渋谷となる(カッコ内は建設中の仮称)。
12月5日:東新宿駅構内でレール締結式、東新宿変電所で通電式を実施。
12月7日:池袋 - 渋谷間で初めて列車入線試験を実施。
2008年(平成20年)
3月18日 - 6月1日:池袋 - 渋谷間で乗務員習熟運転を実施。
3月27日:6月14日以降の有楽町線・副都心線のダイヤ概要を発表。副都心線は急行と通勤急行、有楽町線は同線内では初めて通過運転を行う準急の運行開始を発表。
4月16日:副都心線公式試運転が実施される。
6月13日:開業に先がけて新宿三丁目駅構内で修祓式と発車式(開業記念式典)を実施。
6月14日:副都心線 池袋駅 - 渋谷間が開業。同時に有楽町線新線を副都心線に編入、新線池袋駅を池袋駅に改称、東武東上線・西武有楽町線経由西武池袋線との相互直通運転開始。当初予定の2008年3月から3か月遅らせての開業。
6月16日:女性専用車を導入。開業後初となる平日ダイヤでの運行日であったが、小竹向原駅を核とした複雑な相互乗り入れにより、終日本路線と有楽町線のダイヤが乱れ、乗り入れ先の東武東上線や西武線の一部列車にも遅れ等が生じた。運行本数の多い朝ラッシュ時間帯において、乗り入れ先からの列車の進入遅れに対する対応の不手際・8両編成と10両編成の混在・乗務員の機器操作不慣れ・誤ったルートを設定したことが大混乱の原因である。また、本路線では各駅停車が東新宿駅を誤通過(誤って通過線に進入)を起こした。一連の混乱はメディアでも大きく取り上げられ話題になった。
11月29日:有楽町線とともにダイヤ改正を実施し、 一部列車の発着時刻・行き先を変更。
2010年(平成22年)
3月6日:明治神宮前駅に副駅名「原宿」を併記。ダイヤ改正に伴い、土休日ダイヤに限り同駅に急行が停車するようになる。また、有楽町線では準急を廃止し全列車各駅停車に戻る。
10月16日:地下鉄成増 - 小竹向原間各駅へのホームドア設置により和光市駅を除く副都心線全駅で可動式ホームドア使用開始。
2011年(平成23年)
2月23日:地下鉄成増 - 氷川台、小竹向原B線に発車サイン音が導入。
3月14日:同月11日に発生した東北地方太平洋沖地震(東日本大震災)による発電所の停止に伴う電力供給逼迫のため、東京電力が輪番停電(計画停電)を実施。これに伴い、この日から東武東上線・西武有楽町線・西武池袋線との相互直通運転および急行・通勤急行・和光市 - 池袋間の運転が休止される。
4月1日:東武東上線・西武有楽町線・西武池袋線との相互直通運転および急行・通勤急行・和光市 - 池袋間の運転を平日の朝・夕ラッシュ時に限り再開。
6月11日:土休日ダイヤが平常に戻り、東武東上線・西武有楽町線・西武池袋線との相互直通運転および急行・和光市 - 池袋間の運転を全面的に再開。
9月12日:平日ダイヤが平常に戻り、東武東上線・西武有楽町線・西武池袋線との相互直通運転および急行・和光市 - 池袋間の運転を全面的に再開。
10月4日:8時54分ごろ、小竹向原駅でコンクリートが落下し、信号ケーブルを切断する。この影響で小竹向原 - 新宿三丁目間が17時過ぎまで運休し、急行・通勤急行が終日運休。この事故の影響を重く見た国土交通省関東運輸局は東京地下鉄に対して早期の原因究明と再発防止を求める警告文書を発出した。
12月7日:2時10分ごろ、有楽町線豊洲駅で夜間作業事故が発生し、死傷者が出る。この影響で8時30分過ぎまで運休。
2012年(平成24年)
4月21日:和光市駅にホームドアが設置され、7月7日に稼働し全駅稼働および初の有楽町線設置とともに地上駅設置となった。また、同駅に発車メロディが導入され、これにより副都心線全駅に設置された。
7月1日:後述の東急東横線との相互直通運転開始に先立ち、渋谷駅を本格的に2面4線化させるため、この日の始発から同駅3番線と4番線(現6番線)との間に設置されていた仮通路が撤去され、ホーム上で行き来ができなくなる。
9月7日:後述の東急東横線との相互直通運転開始に先立ち、東急5050系4000番台の1編成が副都心線での営業運転を開始。運用は朝1往復のみ。
12月20日:雑司が谷駅 - 渋谷駅間で携帯電話の利用が可能となる。
12月26日:千川駅 - 要町駅間で携帯電話の利用が可能となる。
2013年(平成25年)
2月21日:要町駅 - 雑司が谷駅間で携帯電話の利用が可能となる。
3月16日:東急東横線・横浜高速鉄道みなとみらい線との相互直通運転開始。
3月18日:東横線・みなとみらい線との相互直通運転開始に伴い、平日ダイヤにおける女性専用車の運用時間変更ならびに設定区間拡大を実施。
3月21日:和光市駅 - 千川駅間で携帯電話の利用が可能となる。
2014年(平成26年)3月15日:ダイヤ改正を実施し、平日早朝に小竹向原駅において有楽町線新木場行からの接続改善、平日6時台から7時台にかけて渋谷方面からの新宿三丁目行を2往復増発。
2015年(平成27年)3月28日:和光市 - 小竹向原間のワンマン運転が開始される。
2019年(平成31年)3月16日:ダイヤ改正により、東武東上線との直通運転区間を小川町駅まで延長。
2021年(令和3年)2月21日:17000系が営業運転開始。
2023年(令和5年)3月18日:ダイヤ改正により、東急新横浜線・相鉄線との相互直通運転開始。明治神宮前駅が通勤急行の停車駅となる。
副都心線の急行・通勤急行は全列車10両編成、各駅停車は大部分が8両編成である。10両編成と8両編成では停止位置が異なることから、駅の時刻表・発車標・接近放送では列車の編成両数も案内されている。また、乗り入れ先である渋谷駅からの東急東横線、東急線経由での相鉄線(東急新横浜線、相鉄新横浜線経由相鉄本線、いずみ野線)、小竹向原駅からの西武線(西武有楽町線経由池袋線)、和光市駅からの東武東上線内において種別が変わる列車が多数設定されているため、乗り入れ先の路線内の種別も案内される。
副都心線の終点である渋谷駅からは和光市発の終電を除き全列車が東急東横線に乗り入れる。そのうち大半の列車は東横線の終着駅である横浜駅から先、横浜高速鉄道みなとみらい線元町・中華街駅まで乗り入れる。なお、東横線・みなとみらい線には副都心線に乗り入れない運用(渋谷駅折り返し)が終日にわたり多数設定されている。
日中は30分サイクルのパターンダイヤで運行されている。その間に急行が15分間隔で2本、各駅停車は間隔不定で5本あり、このうち1本は池袋駅で東横線方面に折り返す。
2013年3月16日のダイヤ改正より、新たにもう一方の終端駅である渋谷駅で東急東横線と東横線の終点である横浜駅から横浜高速鉄道みなとみらい線に乗り入れ、元町・中華街駅までの相互直通運転を開始した。
副都心線の渋谷側では、渋谷発和光市行き2本または4本(早朝の初電1本のほか、平日の夕方の各駅停車1本、土休日夕方以降の各駅停車2本と急行1本)と和光市始発の渋谷行き終電を除く全列車が東急東横線との相互直通運転を行う。日中時間帯は、副都心線内急行は東横線内で特急として、副都心線内各駅停車のうち1時間に4本は東横線内で急行として運転する。一方、東横線からの各駅停車が8本あるうち1時間に2本が池袋行き、2本が渋谷駅発着(副都心線へ乗り入れない)となっている。
東横線内で特急・通勤特急として運転されている列車は横浜駅および元町・中華街駅発着で各社の10両編成での運行されるが、土休日1本のみ特急横浜行きが設定されている(横浜駅には2番線に到着し、1番線に停車中の各駅停車元町・中華街行きに接続)。
東横線内で急行として運転されている列車は元町・中華街駅発着の列車と相鉄線直通列車が大半を占めるが、武蔵小杉駅・菊名駅発着の列車も設定されている。
東横線内で各駅停車として運転されている列車は元町・中華街駅発着が中心だが、一部列車は武蔵小杉駅・元住吉駅・菊名駅および横浜駅発着で運転される。
この相互直通運転開始は東横線渋谷駅 - 代官山駅間の地下化にあわせて行われ、副都心線渋谷駅は開業当初から東京急行電鉄(当時、以下「東急電鉄」)の100%子会社である東急レールウェイサービスが東急田園都市線(半蔵門線)の駅と一体的に駅管理業務を行っている。駅構内の旅客向け案内板や発車標などは東急仕様であるが、接近放送と発車メロディは東京地下鉄のものが使用されていた。現在でも副都心線として出発する電車には東京地下鉄仕様の発車メロディと注意喚起放送が使われている。
副都心線との相互直通運転開始以前の東横線とみなとみらい線はすべての列車が8両編成であったが、副都心線への乗り入れを機に速達列車(特急・通勤特急・急行)を一部列車を除き10両編成に増強するため、東横線とみなとみらい線の速達列車停車駅では10両編成の列車が停車できるようにホーム延伸工事を行った。ただし、各駅停車は従来通り8両編成での運転となる。副都心線開業当初から各駅停車に8両編成の運用が存在していたのはこのためである。
空港連絡鉄道として検討されている蒲蒲線(新空港線)について大田区が作成したパンフレットでは、東横線・東急多摩川線を介して副都心線と京急蒲田駅方面と直通運転が可能となる旨の記述がある。
2008年6月14日の開業当初は和光市駅で東武東上線森林公園駅まで直通運転を行っていたが、2019年3月16日のダイヤ改正からは小川町駅まで直通運転を行っている。急行・通勤急行・各駅停車ともに、東上線内は各駅に停車する「普通」として運行していたが2016年3月26日以降は日中時に副都心線急行は「急行」で運転され、土休日の一部列車は「快速急行」として運転されている。
2016年3月26日のダイヤ改正までは基本的に川越市駅発着列車が運転され、森林公園駅発着列車は駅構内に隣接する森林公園検修区への出入庫を兼ねた朝と夜の東武車に限られていた。2013年3月16日のダイヤ改正以降、日中は川越市駅発着の急行(東上線内普通)が30分間隔で運転されていたが、2016年3月26日のダイヤ改正以降は、森林公園駅発着(東上線内急行)に変更された。10両編成で運転されている。2019年3月16日のダイヤ改正より、土休日ダイヤのみ朝の一部列車が小川町駅発着となった。