中央本線
9月8日:新府信号場 - 穴山駅間が複線化。
9月28日:穴山駅 - 日野春駅間が複線化。
1972年(昭和47年)
1月14日:甲府駅で普通列車の1両目と2両目の連結器が発車時に外れ、後ろ8両を残して発車して竜王駅まで走る事故。連結器は外されていた一方、ブレーキパイプのコックは閉じられており、何者かの手により意図的に発生した事故であることが示唆。
9月10日:新府信号場が駅に変更され、新府駅が開業。
1973年(昭和48年)4月1日:西国分寺駅が開業。支線 国分寺駅 - 北府中駅 - 東京競馬場前駅間 (5.6 km) 、東京競馬場前駅が廃止。北府中駅 - 下河原駅間 (3.8 km) の貨物支線は武蔵野線所属に移された後、1976年9月20日に廃止。
1980年(昭和55年)9月25日:信濃境駅 - 富士見駅間が複線化。立場川橋梁を含む線路付け替えにより改キロ (-0.2 km)。
1982年(昭和57年)5月17日:塩尻駅移転により小野駅 - 塩尻駅間が改キロ (+0.5 km)。
1983年(昭和58年)
6月21日:小淵沢駅 - 信濃境間が複線化。
7月5日:岡谷駅 - みどり湖駅 - 塩尻駅間 (11.7 km) の新線が開業。経路を新線経由に改め、岡谷駅 - 辰野駅 - 塩尻駅間を支線として分離。みどり湖駅が開業。
10月12日:東塩尻信号場が廃止。
11月15日:平出信号場が廃止。
1985年(昭和60年)10月31日:すずらんの里駅が開業。
1987年(昭和62年)4月1日:国鉄分割民営化により神田駅 - 代々木駅間、新宿駅 - 塩尻駅間、岡谷駅 - 辰野駅 - 塩尻駅間を東日本旅客鉄道(JR東日本)が承継。日本貨物鉄道(JR貨物)が飯田町駅 - 代々木駅間、新宿駅 - 塩尻駅間、岡谷駅 - 辰野駅 - 塩尻駅間の第二種鉄道事業者となる。東京駅 - 神田駅間、代々木駅 - 新宿駅間の重複区間解消。
1990年(平成2年)3月10日:201系電車の富士急行線乗り入れを開始。辰野駅 - 塩尻駅間で区間外直通列車を除き、ワンマン運転を開始。
1993年(平成5年)
4月1日:初鹿野駅が甲斐大和駅、勝沼駅が勝沼ぶどう郷駅、別田駅が春日居町駅、石和駅が石和温泉駅に改称。
4月10日:東京圏ダイヤ改正に伴い「通勤特快」の運転開始。
12月23日:E351系電車の営業運転開始(当初は「あずさ」の一部に充当)。
1994年(平成6年)12月3日:E351系電車を「スーパーあずさ」として本格的に運用開始。
1996年(平成8年)
3月16日:八高線八王子駅 - 高麗川駅間の電化に伴い、東京駅 - 高麗川駅間(青梅線経由)の直通列車を新設。
10月7日:下諏訪駅 - 岡谷駅間の一部が立体交差化。
12月14日:東京駅 - 甲府駅間で東京圏輸送管理システム (ATOS) を導入。
1998年(平成10年)
7月2日:『鉄道要覧』での線路名称の区間表示を基本計画に合わせて改正。
12月29日:中央・総武緩行線で209系電車(500番台)の営業運転を開始。
1999年(平成11年)
中央・総武緩行線で209系電車(950番台)の営業運転を開始(2000年6月13日にE231系900番台へ改番)。
3月9日:日本貨物鉄道の第二種鉄道事業(代々木駅 - 飯田町駅間 5.7km)が廃止。飯田町駅が廃止。
4月8日:天皇夫妻およびルクセンブルク大公国大公夫妻の山梨訪問に伴い、1号御料車編成によるお召し列車を大月駅 → 原宿駅間で運転。EF58 61が牽引
2000年(平成12年)3月:中央・総武緩行線でE231系電車の営業運転を開始。
2001年(平成13年)
4月:中央・総武緩行線での103系電車の運転終了。
11月18日:東京駅 - 大月駅間でICカード「Suica」が導入。
12月1日:E257系電車の営業運転を開始し、「あずさ」「かいじ」を順次置き換え。
2002年(平成14年)
中央・総武緩行線での201系(カナリア色)・205系電車の運転終了。
12月1日:「あずさ」「かいじ」のE257系電車への置き換えが完了(臨時列車については183・189系電車も引き続き使用)。
2003年(平成15年)5 - 7月:営団地下鉄(現在の東京メトロ)東西線直通用の103系・301系電車をE231系電車(800番台)へ置き換え。
この置き換えにより、営団地下鉄(現在の東京メトロ)で使用される車両は千代田線北綾瀬支線用の6000系電車3両を除く全てが回生制動車両となる。
2004年(平成16年)10月16日:東京近郊区間が拡大され、新たに大月駅 - 韮崎駅間がSuicaの利用エリアになる。
2005年(平成17年)9月1日:平日朝、新宿駅に7:30 - 9:30に到着する快速・通勤特快52本の先頭1号車を女性専用車とする。
2006年(平成18年)12月26日:E233系電車の営業運転開始、201系電車(オレンジ色)を順次置き換え。
2007年(平成19年)
3月18日:岡谷駅 - 辰野駅間で一部列車のワンマン運転を開始。
7月1日:三鷹駅 - 国分寺駅間の下り線が高架化。
2008年(平成20年)1月4日:相模湖駅 - 大月駅間でE233系電車に限り乗客用ドアを半自動化。
2009年(平成21年)
1月11日:西国分寺駅 - 立川駅間の下り線が高架化され、連続立体交差事業区間である三鷹駅 - 立川駅間の下り線が全て立体交差化。
12月6日:三鷹駅 - 国分寺駅間の上り線が高架化。
2010年(平成22年)
4月:高尾駅 - 相模湖駅間(下り)の新小仏トンネル、相模湖駅 - 藤野駅間(上り)の新与瀬トンネルで携帯電話不通区間が解消。
10月17日:201系電車が完全に撤退し、快速は全列車がE233系電車になる(定期運用からは14日に撤退)。
11月7日:西国分寺駅 - 立川駅間の上り線が高架化され、三鷹駅 - 立川駅間の連続立体交差事業区間が全て立体交差化。
2011年(平成23年)
4月:笹子駅 - 甲斐大和駅間(上り)の新笹子トンネル、岡谷駅 - みどり湖駅間(上下)の塩嶺トンネルで携帯電話不通区間が解消。
7月23日:節電・空調効率向上のため、高尾駅 - 小淵沢駅間で長時間停車する場合に限りドアの半自動扱いを開始。
11月13日:E655系(特別車両 E655-1 を連結した6両)による御乗用列車が、東京駅から甲府駅間に運転される(片道のみ)。
2012年(平成24年)
4月:高尾駅 - 相模湖駅間(上り)の小仏トンネルで携帯電話不通区間が解消。
10月6日:天皇・皇后の山梨県視察に伴うお召し列車が、E655系(特別車両 E655-1 を連結した6両)により東京駅 - 甲府駅間の往復で運転される。
2013年(平成25年)6月:笹子駅 - 甲斐大和駅間(下り)の笹子トンネルで携帯電話不通区間が解消。
2014年(平成26年)4月1日:韮崎駅 - 塩尻駅間でSuicaの一部サービスを開始。
2017年(平成29年)4月1日:韮崎駅 - 塩尻駅間でSuicaのサービスを拡大。
2019年(令和元年)
10月12日:令和元年東日本台風(台風19号)による大雨の影響で、梁川駅 - 四方津駅間で土砂流入する被害を受け一部区間で運休となる。この後、バス各社が甲府駅前と新宿駅前を結ぶ臨時バスを運行。
10月18日:全線で運転再開するも高尾駅 - 相模湖駅間は下り線を使用した単線運転で同区間の折り返し運転となり、10月27日まで本数は大幅削減となる。
10月28日:高尾駅 - 相模湖駅間の上り線の復旧に伴い、始発から全線で通常の本数での運転となる。
2020年(令和2年)
3月10日:鳥沢駅 - 猿橋駅間におけるトンネル内の携帯電話不通区間が解消。
3月14日:早朝・夜間帯の中央線快速用の電車による東京駅 - 御茶ノ水駅 - 中野駅間の各駅停車運転と中央・総武線各駅停車の三鷹以西への直通運転が廃止される。これにより中央線快速電車は終日運転となり、中央・総武線各駅停車は終日千葉駅 - 御茶ノ水駅 - 三鷹駅間の運転となる。
3月20日:四方津駅 - 梁川駅間におけるトンネル内の携帯電話不通区間が解消。
3月23日:駅ナンバリングを小淵沢駅まで拡大。
3月31日:梁川駅 - 鳥沢駅間におけるトンネル内の携帯電話不通区間が解消。
4月9日:車内換気向上のため、相模湖駅 - 小淵沢駅間でドアの自動扱いを開始(ただし、小淵沢駅では甲府駅方面からの電車と小淵沢駅始発の電車は自動、塩尻駅方面からの電車は半自動扱い)。
7月31日:この日までに、高尾駅 - 四方津駅におけるトンネル内の携帯電話不通区間が解消。
2021年(令和3年)4月13日 - 4月15日:辰野駅 - 塩尻駅間(辰野支線、小野駅経由)での昼間帯の保守工事実施に伴い、同区間の上下各3本の普通列車が運休。
この区間は当初、中央東線として延伸開業したが、中央本線となった全線開通以降は、この区間を含めて塩尻駅 - 名古屋駅間が中央西線と通称されることになる。
1909年(明治42年)12月1日:中央東線塩尻駅 - 奈良井駅間(13.2M≒21.24km)が延伸開業。洗馬駅・贄川駅・奈良井駅が開業。
1910年(明治43年)
10月5日:奈良井駅 - 藪原駅間(4.1M≒6.60km)が延伸開業。藪原駅が開業。
11月25日:藪原駅 - 宮ノ越駅間(3.5M≒5.63km)が延伸開業。宮ノ越駅が開業。
1900年(明治33年)7月25日:名古屋駅 - 多治見駅間(22M42C≒36.25km)が開業。千種駅・勝川駅・高蔵寺駅・多治見駅が開業。
1902年(明治35年)
11月12日:営業距離の表示をマイル・チェーン表記からマイル表記のみに簡略化(22M42C→22.5M)。
12月21日:多治見駅 - 中津駅間(27.2M≒43.77km)が延伸開業。土岐津駅(現在の土岐市駅)・瑞浪駅・釜戸駅・大井駅(現在の恵那駅)・中津駅(現在の中津川駅)が開業。
1907年(明治40年)2月:名古屋駅 - 千種駅間に古渡信号所が開設。
1908年(明治41年)
8月1日:中津駅 - 坂下駅間(6.1M≒9.82km)が延伸開業。坂下駅が開業。
10月27日:古渡信号所が廃止。
1909年(明治42年)
7月15日:坂下駅 - 三留野駅間(5.7M≒9.17km)が延伸開業。三留野駅(現在の南木曽駅)が開業。
9月1日:三留野駅 - 野尻駅間 (5.7M) が延伸開業。野尻駅が開業。
10月12日:国有鉄道線路名称制定により、名古屋駅 - 野尻駅間が中央西線となる。
12月1日:野尻駅 - 須原駅間(3.9M≒6.28km)が延伸開業。須原駅が開業。
1910年(明治43年)
10月5日:須原駅 - 上松駅間(7.1M≒11.43km)が延伸開業。上松駅が開業。
11月25日:上松駅 - 木曽福島駅間(4.6M≒7.40km)が開業。木曽福島駅が開業。
1911年(明治44年)4月9日:大曽根駅が開業。
1911年(明治44年)
5月1日:宮ノ越駅 - 木曽福島駅間(5.2M≒8.37km)の延伸開業により全通。中央東線が中央西線を編入して、中央本線に改称。
6月1日:中津駅を中津川駅に改称。
1912年(明治45年)7月15日:千種駅 - 名古屋駅間に古渡聯絡所が開設。
1913年(大正2年)
9月10日:坂下駅 - 中津川駅間に落合川仮信号所が開設。
10月1日:洗馬駅 - 贄川駅間に日出塩信号所が開設。
1914年(大正3年)5月1日:上松駅 - 須原駅間に立町信号所が開設。
1917年(大正6年)
11月25日:美乃坂本駅が開業。
11月27日:落合川仮信号場が駅に変更され、落合川駅が開業。
1919年(大正8年)
5月19日:多治見駅 - 高蔵寺駅間に玉野信号所が開設。
11月25日:大井駅 - 釜戸駅間に竹折信号所が開設。
1920年(大正9年)8月15日:玉野信号所が仮停車場に変更され、定光寺仮停車場が開業。
1922年(大正11年)
4月1日:信号所・聯絡所が信号場に変更。
9月18日:三留野駅 - 坂下駅間に読書仮信号場が開設。
1923年(大正12年)7月1日:読書仮信号場が廃止。
1924年(大正13年)1月1日:定光寺仮停車場が駅に変更され、定光寺駅が開業。
1926年(大正15年)
4月1日:竹折信号場が駅に変更され、武並駅が開業。
12月21日:日出塩信号場が駅に変更され、日出塩駅が開業。
1927年(昭和2年)
5月1日:勝川駅 - 大曽根駅間に守山信号場が開設。
12月16日:鳥居松駅(現在の春日井駅))が開業。
1928年(昭和3年)
9月6日:鶴舞公園で行われた名古屋博覧会の旅客輸送用の臨時駅として、千種駅 - 名古屋駅間に鶴舞公園仮停車場が開業。
12月1日:鶴舞公園仮停車場が廃止。
1929年(昭和4年)12月3日:野尻駅 - 三留野駅間に十二兼信号場、三留野駅 - 坂下駅間に田立信号場が開設。
1930年(昭和5年)6月5日:木曽平沢駅が開業。
1932年(昭和7年)7月10日:守山信号場が廃止。
1937年(昭和12年)
2月1日:名古屋駅が移転し、同時に同駅付近の路線を東海道本線の東側から西側へ移設。
4月21日:鶴舞駅が開業。
1940年(昭和15年)10月10日:多治見駅 - 定光寺駅間に池田信号場が開設。
1941年(昭和16年)8月26日:定光寺駅 - 高蔵寺駅間に高座仮信号場が開設。
1942年(昭和17年)1月27日:高座仮信号場が廃止。
1943年(昭和18年)10月1日:高蔵寺駅 - 鳥居松駅間に神領信号場が開設。
1946年(昭和21年)5月1日:鳥居松駅が春日井駅に改称。
1948年(昭和23年)9月1日:立町信号場・十二兼信号場・田立信号場がそれぞれ駅に変更され、倉本駅・十二兼駅・田立駅が開業。
1949年(昭和24年)7月12日:神領信号場が仮乗降場に変更され、神領仮乗降場が開設。
1951年(昭和26年)
9月1日:大桑駅が開業。
12月15日:神領仮乗降場が駅に変更され、神領駅が開業。
1952年(昭和27年)4月1日:池田信号場が駅に変更され、古虎渓駅が開業。
1955年(昭和30年)4月21日:原野駅が開業。
1961年(昭和36年)9月1日:千種駅が移転(改キロなし)。
1962年(昭和37年)
1月25日:古渡信号場を移設して駅に変更され、金山駅が開業。
9月21日:大曽根駅 - 千種駅間が複線化。
9月27日:千種駅 - 金山駅間が複線化および高架化。
10月10日:金山駅 - 名古屋駅間に山王信号場を開設、山王信号場 - 名古屋駅間は東海道本線貨物支線(名古屋港線)と共用の複線となる。
1963年(昭和38年)11月1日:大井駅が恵那駅に改称。
1964年(昭和39年)
3月2日:金山駅 - 山王信号場間が複線化。
3月10日:勝川駅 - 大曽根駅間が複線化。
3月14日:神領駅 - 勝川駅間が複線化。
3月28日:高蔵寺駅 - 神領駅間が複線化。
4月1日:新守山駅が開業。
1965年(昭和40年)7月1日:土岐津駅が土岐市駅に改称。
1966年(昭和41年)
3月8日:多治見駅 - 古虎渓駅間が複線化。
3月10日:下畑信号場 - 瑞浪駅間が複線化。釜戸駅 - 瑞浪駅間に下畑信号場が開設。
3月12日:古虎渓駅 - 定光寺駅間が複線化。
3月17日:瑞浪駅 - 土岐市駅間が複線化。
3月20日:福島駅 - 上松駅間に中平信号場が開設。
3月22日:定光寺駅 - 高蔵寺駅間が複線化。
3月24日:土岐市駅 - 多治見駅間が複線化。
3月28日:与ヶ根信号場 - 美乃坂本駅 - 二軒屋信号場間が複線化。中津川駅 - 美乃坂本駅間に与ヶ根信号場が、美乃坂本駅 - 恵那駅間に二軒屋信号場が開設。
3月30日:大羽根信号場 - 釜戸駅間が複線化。武並駅 - 釜戸駅間に大羽根信号場が開設。
5月14日:多治見駅 - 名古屋駅間が電化。
7月1日:瑞浪駅 - 多治見駅間が電化。
9月25日:小野ノ滝信号場 - 倉本駅間が複線化。上松駅 - 倉本駅間に小野ノ滝信号場が開設。
9月27日:藪原駅 - 山吹山信号場間が複線化。藪原駅 - 宮ノ越駅間に山吹山信号場が開設。
1967年(昭和42年)7月9日:高蔵寺駅 - 宝光寺駅間で普通電車10両編成のうち7両が脱線、2両が転覆。同月11日にかけて不通となる。
1968年(昭和43年)
7月19日:中津川駅 - 与ヶ根信号場間が複線化。与ヶ根信号場が廃止。
7月26日:武並駅 - 大羽根信号場間が複線化。大羽根信号場が廃止。
7月31日:釜戸駅 - 下畑信号場間が複線化。下畑信号場が廃止。
8月3日:二軒屋信号場 - 恵那駅間が複線化。二軒屋信号場が廃止。
8月16日:中津川駅 - 瑞浪駅間が電化。
9月20日:洗馬駅 - 日出塩駅間が複線化。
9月25日:坂下駅 - 落合川駅間が複線化。
9月30日:山吹山信号場 - 宮ノ越駅間が複線化。山吹山信号場が廃止。
10月1日:三留野駅を南木曽駅に改称。キハ181系気動車を使用して名古屋駅 - 長野駅間に特急「しなの」が運転開始。
1969年(昭和44年)
3月31日:恵那駅 - 武並駅間が複線化。
6月24日:上松駅 - 小野ノ滝信号場間が複線化。小野ノ滝信号場が廃止。
7月3日:十二兼駅 - 南木曽駅間が複線化。
9月29日:奈良井駅 - 藪原間駅が複線化。
1970年(昭和45年)9月29日:原野駅 - 木曽福島駅間が複線化。
1973年(昭和48年)
3月26日:落合川駅 - 中津川駅間が複線化。
4月20日:田立駅 - 坂下駅間が複線化。
5月25日:南木曽駅 - 田立駅間が複線化。田立駅が移転。
5月27日:塩尻駅 - 中津川駅間が電化。
7月10日:特急「しなの」を381系に置き換え開始(1975年置き換え完了)。
7月30日:塩尻駅 - 十二兼駅間に列車集中制御装置 (CTC) が導入。
1974年(昭和49年)8月20日:十二兼駅 - 中津川駅間に CTC が導入。
1975年(昭和50年)2月25日:塩尻駅 - 洗馬駅間が複線化。
1978年(昭和53年)9月14日:日出塩駅 - 贄川駅間が複線化。
1979年(昭和54年)10月15日:木曽福島駅 - 中平信号場間が複線化。
1980年(昭和55年)3月23日:80系電車のさよなら運転が行われ、名古屋地区の新性能化完了。
1982年(昭和57年)
5月17日:塩尻駅移転により塩尻駅 - 洗馬駅間が改キロ (-0.1km)。
9月29日:中平信号場 - 上松駅間が複線化・改キロ (-0.2km) 。中平信号場が廃止。
1987年(昭和62年)4月1日:国鉄分割民営化により、塩尻駅 - 名古屋駅間を東海旅客鉄道が承継、日本貨物鉄道が同区間の第二種鉄道事業者となる。
1988年(昭和63年)
3月13日:JR発足後初のダイヤ改正で211系のJR東海仕様新造車を導入。
8月2日:十二兼駅 - 中津川駅間に CTC 導入。
1989年(平成元年)7月9日:東海道本線金山駅開設により金山駅 - 名古屋駅間が重複区間となる。
1992年(平成4年)12月6日:中津川駅 - 名古屋駅間に CTC 導入。
1996年(平成8年)12月1日:特急「しなの」を381系電車から383系電車に置き換え(臨時列車については381系も引き続き使用される)。383系充当列車は「(ワイドビュー)しなの」となる。
1997年(平成9年)10月1日:急行「ちくま」を客車から383系に置き換え。
1999年(平成11年)
5月6日:313系電車の営業運転を開始。
12月4日:定員制列車「セントラルライナー」(名古屋駅 - 中津川駅間)の運転開始。
2000年(平成12年)3月11日:塩尻駅 - 中津川駅間の一部列車でワンマン運転開始。
2003年(平成15年)10月1日:急行「ちくま」を臨時列車に格下げ、車両も381系電車に変更。
2005年(平成17年)3月1日 - 9月30日:2005年日本国際博覧会(愛・地球博)来場客輸送のためエキスポシャトルを運転。
2006年(平成18年)
9月23日:勝川駅付近下り線が高架化。
11月25日:中津川駅 - 名古屋駅間でICカード「TOICA」が導入。
2008年(平成20年)5月:JR東海所属の381系電車の営業運転が終了。
2009年(平成21年)10月23日:勝川駅付近上り線が高架化。
2013年(平成25年)3月16日:「セントラルライナー」廃止。
2014年(平成26年)7月9日:大雨の影響で南木曽駅 - 十二兼駅間の橋りょうの橋桁が流出、中津川駅 - 上松駅間が不通となる。7月11日に中津川駅 - 坂下駅間が、7月14日に野尻駅 - 上松駅間が復旧、8月6日に坂下駅 - 野尻駅間が復旧し全線運転再開。
2016年(平成28年)3月26日:特急「しなの」の大阪駅乗り入れが廃止され、「しなの」の定期列車はすべて名古屋駅 - 長野駅間の運転となる。
2018年(平成30年)3月:JR東海管轄区間でラインカラー及び木曽福島駅 - 名古屋駅間で駅ナンバリングを導入。当路線の路線コードは「CF」、ラインカラーは青色。なお木曽福島駅 - 中津川駅間では、木曽福島駅・上松駅・南木曽駅・中津川駅のみに付番されるが、付番されない駅も数えて付番される。
2022年(令和4年)
3月5日:中津川駅 - 名古屋駅間で315系電車の営業運転を開始。同区間の快速・普通列車が8両編成に統一。
4月:全列車8両統一により、各駅の余分となった9・10両目の乗車位置番号、および4・6・10両の停止位置目標などが取り除かれた。
2023年(令和5年)度:中津川駅 - 名古屋駅間で特急・ホームライナーを除く全ての列車を315系電車に統一(予定)。
輸送力の増強を計る目的で当初万世橋駅 - 中野駅の複々線化計画が存在しており、関東大震災後に利用度が更に増加したため、復興計画の一環として御茶ノ水駅 - 中野駅で複々線が建設され、1933年に完成した。また、一部時間帯に急行電車(現在の快速電車)を運行させた。また、この計画と同時に総武本線両国駅 - 御茶ノ水駅間についても高架鉄道として建設され、この結果、東京始発のものを一部の時間帯は急行電車として運転することとなり、各駅に停車する列車は一部の時間帯は総武本線に乗り入れることとなった。
第二次世界大戦後、俗に言う「通勤五方面作戦」で中野駅以西の輸送力の増強を計ることになり、1966年に中野駅 - 荻窪駅間の複々線化が完成し、中央緩行線電車と営団地下鉄東西線乗り入れの列車がこの区間に運行されている。1969年には複々線区間が三鷹駅まで延長された。
1999年3月より三鷹駅 - 立川駅間の連続立体交差化に着手している。これは、既存の複線の路線を主に高架にすることで道路との立体交差を実現し、踏切の解消を目的としているので、この工事が完成しても複々線とはならない。本来は高架敷地捻出のために設置した仮線部分が複々線用地であったが、用地取得を行っている1980年代に国民の環境意識が大きく変化し、日照権や騒音問題に関する環境基準が著しく厳しくなった。このため、高架を建設する際には一定幅の緩衝帯を設置しなければならなくなり、中央線高架の完成後も、仮線跡は側道や緑地帯に転用される見通しである。三鷹駅 - 国分寺駅間が2009年12月、国分寺駅 - 立川駅間が2010年11月に完成した。
現在は支線となっている辰野駅経由のルートは、塩嶺トンネルの開業以前は本線であり、「大八廻り」と呼ばれていた。この区間については以下のようなエピソードがある。
中央本線の敷設時、諏訪付近から名古屋までの路線を木曾谷を通すか伊那谷を通すかで論争となり、結局木曾谷側が勝ってこちらに線路を敷くことになった。しかし、これで納得しなかった伊那谷出身の代議士で鉄道局長の伊藤大八が、下諏訪から塩尻峠をトンネルで抜けて塩尻へ向かう案を撤回させて、伊那谷の入口である辰野を経由させるようにした。そのため、この辰野を通るための迂回部分は、伊藤の名前を取って「大八廻り」とも呼ばれることとなった。
ただし、当時の技術力では塩尻峠を貫く長いトンネルを掘れなかったので、塩尻峠を避けるために天竜川や横川川に沿って迂回させただけであるという説もある。実際、この区間にトンネルを開削すると約6 kmの長さになり、当時日本一の長さだった同線の笹子トンネル(長さ4,656m)を凌ぐものになる上、糸魚川静岡構造線を跨ぐことから地盤も悪く、難工事になることは想像に難くなかった。この区間にトンネルが開通するのは、1983年(昭和58年)の塩嶺トンネル(総延長5,994 m)の完成を待つこととなる。
この路線は1911年5月1日に全通(東京駅乗り入れは1919年3月1日)して以降、東京駅 - 塩尻駅 - 名古屋駅間を通しで運行された列車は、東京側の列車発車駅であった飯田町駅 - 名古屋駅間を1938年まで運行された夜行普通列車701・702列車(列車番号は何度か変更され、末期は813 - 410列車・423 - 324列車と塩尻駅でそれが変わり、さらに名古屋行きは甲府始発で、いずれも松本・長野方面の列車と塩尻駅まで併結していた)が唯一の例とされている。
ただし、東京側からの東西直通運転自体は、第二次世界大戦期間中の一時中断(1938年 - 1945年6月)を経て始発駅を飯田町駅から新宿駅に変更して1956年ごろまで続いた。また、1954年から1961年には準急「きそ」の一部の車両が名古屋駅 - 新宿駅間を直通運転していた。だが、1964年の東海道新幹線開業以降は、この路線を経由して東名間を直通する列車は臨時列車も含めて全く運転されなくなった。
その後、1965年ごろから1974年ごろの毎年夏季に名古屋駅 - 茅野駅もしくは小淵沢駅間(一部の列車は小海線や飯田線に直通)で東・西線直通運転を実施しており、このころから途中の観光地への直通を主眼に置くようになる。
1982年5月17日に塩尻駅の改修を行い、東京方向と名古屋方向と直通する形から、東京・名古屋方向と篠ノ井線方向へ直通する形となった。その後は、貨物・団体専用列車を除き東西直通運転される定期列車は存在しない。なお、東西直通運転を行った臨時列車は以下の通り。
急行「たてしな」(名古屋駅 - 小淵沢駅間)
定期列車としては、1964年から1978年に新宿駅(上野駅から発車する列車もあった) - 上諏訪駅(後に岡谷駅まで延長)間で運転された急行列車の名称であった。
特急「あずさ木曽」(東京駅 - 上松駅間)
2017年7 - 9月運行
特急「木曽あずさ」(新宿駅 - 南木曽駅間)
特急「諏訪しなの」(名古屋駅 - 茅野駅間)
2018年7 - 9月運行
特急「木曽あずさ」(新宿駅 - 南木曽駅間)
特急「諏訪しなの」(名古屋駅 - 小淵沢駅間)
特急「諏訪しなの」(名古屋駅 - 富士見駅間)
下記各項目を参照のこと。
「あずさ」「かいじ」 中央東線の昼行優等列車
「みすず」 中央東線および支線の快速列車、飯田線直通列車
「ムーンライト信州」 中央東線の夜行快速・普通列車
「しなの」 中央西線の昼行優等列車
「ちくま」 中央西線の夜行列車
「ナイスホリデー木曽路」 中央西線の臨時快速列車