常磐線
3月15日:日立 - 高萩間が東京近郊区間に組み込まれ、同時にICカード「Suica」サービス開始。
11月12日:天皇・皇后とスペイン国王夫妻の茨城県つくば市視察に伴うお召し列車が、上野駅から土浦駅間に運転される(片道のみ)。前年に投入されたE655系がお召し列車としては初めて運用される。
2009年(平成21年)
3月14日:高萩 - いわき間が東京近郊区間に、原ノ町 - 山下間が仙台都市圏エリアに組み込まれ、同時にICカード「Suica」サービス開始。
9月9日:緩行線でE233系2000番台運用開始。
2011年(平成23年)
3月11日:東北地方太平洋沖地震(東日本大震災)により全線が不通、一部区間で壊滅的な被害を受ける。
3月12日:日暮里・綾瀬 - 取手間で快速電車・各駅停車が運転再開。
3月18日:取手 - 土浦間が復旧。
3月31日:土浦 - 勝田間が復旧。
4月7日:勝田 - 高萩間が復旧。
4月11日:高萩 - いわき間が復旧。
4月12日:亘理 - 岩沼間が復旧。
4月17日:いわき - 四ツ倉間が復旧。
5月14日:四ツ倉 - 久ノ浜間が復旧。
5月23日:相馬駅 - 亘理駅間で代行バスの運行を開始。列車との乗り換えはこの両駅に限られる。
10月10日:久ノ浜 - 広野間が復旧。
12月21日:原ノ町 - 相馬間が復旧。
2012年(平成24年)3月17日:特急にE657系導入。特急「スーパーひたち」15往復のうち10往復、「フレッシュひたち」上下41本中9本でE657系を使用する。「スーパーひたち」の運行区間からいわき - 仙台間が外され、全特急列車が上野 - いわき間の運転になる。
2013年(平成25年)3月16日:浜吉田 - 亘理間が復旧。特急「スーパーひたち」「フレッシュひたち」の全列車をE657系に置き換え。
2014年(平成26年)
4月1日:原ノ町- 岩沼間が新設の仙台近郊区間となる。
6月1日:広野 - 竜田間が復旧。
2015年(平成27年)
1月31日:竜田 - 原ノ町間で途中ノンストップの代行バスを運行開始。
3月14日:上野東京ラインが開業し、一部の特急と快速が品川駅まで乗り入れ開始。特急「スーパーひたち」を「ひたち」に、「フレッシュひたち」を「ときわ」に改称。特別快速の停車駅に北千住駅が追加される。
3月21日:臨時特急「踊り子」が常磐線内にも乗り入れを開始し、我孫子駅 - 伊豆急下田駅間に上野駅・東海道線・伊東線・伊豆急行線経由で直通運転。
2016年(平成28年)
2月18日:石岡駅で不発弾が発見され、処理のため土浦駅 - 友部駅間が運休。
3月26日:同日のダイヤ改正にて、緩行線用E233系2000番台が小田急線へ、小田急4000形が緩行線へそれぞれ運用開始(209系1000番台は小田急線内には乗り入れない)。
7月12日:小高 - 原ノ町間が復旧。竜田 - 原ノ町間の代行バスも同日から小高に停車。
11月5日:移設復旧に伴う相馬 - 浜吉田間の試運転を開始(12月9日まで実施)。
12月10日:相馬 - 浜吉田間が復旧。駒ケ嶺 - 浜吉田間で計+0.6kmの改キロ。この時点では営業キロは据え置き。
2017年(平成29年)
2月1日:竜田 - 原ノ町間の代行バスが浪江(浪江町役場前)に停車開始。
2月16日:竜田 - 原ノ町間の代行バスが富岡(東京電力ホールディングス旧エネルギー館前)に停車開始。
3月7日:復旧工事が完了した浪江 - 小高間の試運転を開始。
4月1日:浪江 - 小高間が復旧。代行バスの運転系統を再編し、富岡・浪江の代行バス停車位置を各駅前広場へ変更。磐越西線郡山富田駅開業に合わせ、内陸移設に伴う改キロによる運賃の変更実施。
10月14日:上野東京ライン直通列車を増発し、中距離列車と特急の乗り入れをほぼ終日に拡大。品川 - 土浦間を走る中距離列車をすべて15両編成化。
10月21日:竜田 - 富岡間が復旧。富岡駅を岩沼方に100m移転(改キロなし)。
12月1日:土浦 - 富岡間のE531系の扉脇のボタンによるドア開閉を通年実施。
12月9日:相馬 - 浜吉田間の運転再開1周年を記念し、原ノ町 - 仙台間で「POKÉMON with YOU トレイン」が運行される。
2018年(平成30年)10月13日:209系1000番台が、団体運用を最後に、常磐緩行線での営業運転を終える。
2019年(平成31年・令和元年)
3月2日:「つくば霞ヶ浦りんりんロード」を活用して土浦駅を中心とする地方創生の取組みを推進するため、輪行袋を使用する利用者向けのおすすめ列車及び号車を、上野 - 土浦間で上野を7時台と8時台発の下り列車3本の1-3号車に設定。以後、毎週土休日に設定する。上り列車に設定はない。
4月20日:Jヴィレッジの全面再開に合わせて、広野 - 木戸間にJヴィレッジ駅が開業。
6月1日:富岡 - 浪江において架線への送電が開始。
11月:富岡 - 浪江の復旧工事終了。
12月18日:富岡 - 浪江間で試運転開始。
2020年(令和2年)3月14日:最後まで不通であった富岡 - 浪江間が復旧し、全線で運転を再開。大野 - 双葉間単線化。品川・上野 - 仙台間直通の特急列車の運転再開。佐貫駅を龍ケ崎市駅に改称。Jヴィレッジ駅を常設化。いわき - 浪江間が東京近郊区間に、小高 - 原ノ町間が仙台近郊区間に組み込まれ、同時にSuica利用エリアも拡大。
2021年(令和3年)3月13日:綾瀬駅 - 取手駅間の緩行線にJR東日本の首都圏在来線では初となる自動列車運転装置(ATO)を導入。
2022年(令和4年)
3月12日:日中の上野東京ライン常磐線直通列車が1時間あたり3本に増発。日中時間帯は品川・上野方面と水戸方面との直通列車の運転を土浦駅で分離。それに伴い土浦駅での上野方面と水戸方面との列車は同一ホームでの接続となる。同時に、特別快速が上りは土浦 - 品川間の9時台・10時台の2本、下りは品川 - 土浦間の15時台・16時台の2本に減便、日中の特別快速の運転がなくなる。
3月16日:福島県沖地震の影響で、相馬市の日立木駅でホームの一部の損傷や、南相馬市の鹿島 - 原ノ町間では、橋の一部が土台から数十センチずれる被害などが確認。広野 - 岩沼間が運転見合わせとなる。
3月18日:山下 - 岩沼間で運転を再開
3月21日:広野 - 富岡間、新地 - 山下間で運転を再開。
3月22日:富岡 - 原ノ町間で運転を再開。
3月24日:原ノ町 - 新地間で運転を再開し、全線で運転再開。
2023年(令和5年)
3月18日:水戸 - いわき間でE531系付属編成によるワンマン運転を開始。
2011年(平成23年)3月11日の午後に東北地方太平洋沖地震(東日本大震災の本震)が発生し、沿線では広範囲で震度5弱から6強の揺れを記録した。このため当日全線で運転を見合わせ、勿来駅 - 岩沼駅間では駅構内に7本・駅間に6本の列車が停車した。
なお、震災当日は地震前の沿線火災によるダイヤ乱れがあったため、後の警戒区域内を走行中の列車はなかった。
また茨城県から宮城県にかけては施設の破壊・支障が発生したほか、沿岸ではこの地震による津波の影響を受け久ノ浜駅から亘理駅にかけて断続的に設備の浸水・流失被害が発生した。これにより、新地駅で抑止中であった普通244MのE721系電車(P-1編成+P-19編成)と浜吉田 - 山下間を走行中に抑止となった貨物92列車(ED75 1039+コキ50000)のコンテナ車がそれぞれ津波の直撃によって脱線・大破したが人的被害はなかった。
このほか、常磐線に特有の被害として、大野 - 双葉間の沿線に立地する福島第一原子力発電所の事故による放射能汚染が挙げられ、事故後の2011年(平成23年)4月22日以降、原発からの半径20 km圏内と重複する広野 - 磐城太田間が災害対策基本法に基づく警戒区域(民間人強制退去・立入禁止)に指定、半径20 kmから30 km圏内のうち計画的避難区域でない地域の大半(久ノ浜 - 広野、磐城太田 - 鹿島)が「緊急時避難準備区域」に指定された。
被害が比較的甚大であった取手駅以北の区間においては翌日以降も不通となったが、2011年(平成23年)5月14日までに上野 - 日暮里 - 久ノ浜間、亘理 - 岩沼 - 仙台間で列車の運行を再開した。その他の区間も順次復旧が進められ、2020年(令和2年)3月14日に全線で運転を再開した。
この区間は一部で施設が浸水したほか、原発事故当初、沿線の広野町内は全域が緊急時避難準備区域、楢葉町内の大半が警戒区域(再編後は避難指示解除準備区域)となった。
警戒区域に含まれなかった久ノ浜 - 広野間は2011年(平成23年)8月1日から運転再開前日まではバス代行を実施し、広野駅へ仮設ホームを設置した上で同年10月10日に運行を再開した。なお、広野町の緊急時避難準備区域は運行再開前の同年9月30日に解除されている。仮設ホームは竜田までの復旧後に撤去された。2018年には、広野駅の駅前広場が完成した。
2014年(平成26年)6月1日には楢葉町の帰町判断に合わせ、除染・復旧が完了した広野 - 竜田間で、避難指示解除準備区域(当時)としては初の鉄道営業を再開している。列車は基本的に従来の広野行きを一部延長する形で運転された。竜田駅では副本線である3番線を使用し、2・3番線と1番線の間の線路には上下本線をまたぐ仮設の足場が設置されていたが、富岡駅までの復旧に伴いこの足場は撤去されている。なお、楢葉町内の避難指示は2015年(平成27年)9月5日に解除された。その後、2020年(令和2年)6月には竜田駅の新駅舎が完成した。
この区間は大半が原発事故後に警戒区域とされたことから詳しい被害調査ができず、富岡駅の津波による流失、大野駅の駅舎一部損壊や大野駅 - 双葉駅間の第一前田川橋梁上り線の崩壊の被害などが確認されている程度だったが、2015年(平成27年)2月までに全ての被害調査が完了した。いずれの区間も開通には復旧工事及び除染等による放射線量低減が必要とされており、復旧時に除染が行われている(後述)。
代行輸送は、並行する国道6号も許可車両以外の通行が規制されたため行われていなかったが、2014年(平成26年)9月15日からは自動車のみ自由通行が可能となったこともあり、2015年(平成27年)1月31日には 竜田 - 原ノ町間にてバス2往復による代行輸送を開始している。当初途中停車地は設定されなかったが、2016年(平成28年)7月12日に小高 - 原ノ町間の運転が再開されたことを受け、運行区間は竜田 - 原ノ町のまま、小高駅のみ停車を開始した。2017年(平成29年)2月1日から浪江駅に、同年2月16日からは富岡駅にもそれぞれ追加で停車を開始している。
浪江 - 小高間が復旧した2017年(平成29年)4月1日以降、代行バスは以下のように運転系統の再編が行われ、同日避難指示が解除された竜田 - 富岡間で増発し、竜田駅発着の全列車と接続した。
竜田 - 富岡間…9往復/日
竜田 - 浪江間(富岡停車)…下り1本・上り2本/日
竜田 - 原ノ町間(富岡、浪江、小高停車)…下り1本/日
2017年(平成29年)10月21日の竜田 - 富岡間の復旧時には同区間の代行輸送を終了し、以下のように再編された。
富岡 - 浪江間(途中停車なし)…5往復/日
富岡 - 原ノ町間(浪江・小高停車)…下り1本/日
全線での運転再開に伴い、2020年(令和2年)3月13日でバスによる代行輸送を終了した。
富岡駅付近を中心に津波による被害が発生した区間である。避難区域の再編後、大半が避難指示解除準備区域となった。なお、被災した富岡駅は、2015年(平成27年)1月16日までに解体に着手している。
再開目標の提示以前から、2013年(平成25年)に、被災区間を津波対策などを施し、現在位置で復旧することが検討されていると報道されており、2014年(平成26年)には富岡駅を従来の位置よりやや北側で移設復旧する富岡町のまちづくり計画が発表され、JR東日本側も沿岸部の防潮堤整備を条件に復旧を行うとしていた。
2015年(平成27年)3月の国土交通省発表では、運転再開目標は竜田 - 富岡間は「3年以内」(2018年〈平成30年〉春まで)とされた。運転再開時期については2016年2月に富岡駅の移設協議が進んだことを受け2017年末に、2017年(平成29年)3月には工事が順調に進捗していることから同年10月ごろに繰り上げられ、最終的に同年10月21日に、竜田駅発着の全列車を延長するかたちで運転再開となった。再開に当たっては駅を100 mほど北に移設し、交通広場などを整備した。
なお、帰還困難区域を除いた富岡町の避難指示は2017年(平成29年)4月1日で解除された。
避難区域の再編後も大半が帰還困難区域および居住制限区域とされた区間である。この区間については比較的高い放射線量の区間がある(2015年時点で空間線量率最大29.6 μSv/h、平均4.1 μSv/h)ことから、2015年(平成27年)3月の国土交通省発表では「除染や異常時の利用者の安全確保策を完了した後」の開通とされ、具体的な時期は明示されなかった。被災区間では最後まで再開目標が明示されていなかったが、2015年(平成27年)6月29日から先行して倒壊・破損した第一前田川橋梁の撤去工事を行った後、2016年(平成28年)3月10日、国土交通省より2020年(令和2年)3月までに運転を再開する見通しが発表され、2016年3月18日より順次除染・復旧工事に着手している。
2019年(令和元年)6月1日には架線への送電が開始された。11月までに工事を終了。同年12月18日から試運転を開始した。
2019年12月には、富岡 - 浪江間の運行を2020年(令和2年)3月14日から再開する見通しであることが報じられた。
除染はバラストやまくらぎの交換、除草・伐採、のり面・路盤のすきとり、モルタル・植生基材吹付によって行われ、これに先立ち、2015年(平成27年)8月20日から本区間の中でも特に線量が高い夜ノ森 - 双葉間の6か所(大熊町内)で除染の試験施工がJR東日本により行われている。2016年2月の報告によるとこの区間における帰還困難区域相当の空間放射線量であった区間は1割程度であり、試験施工でも目標としていた3.8 μSv/h以下(避難指示解除準備区域と同等)を達成し、効果が見られた。なお、除染に当たり、夜ノ森駅の名物であったツツジは幹10 cmを残して伐採されたほか、避難指示解除時期にあわせ、新たな苗木を植える計画である。除染の効果も出始め、大熊町内でも、2018年には2.8 μSv/hに低下しており、双葉駅構内でも、2019年には0.11 μSv/hに低下した。大野駅付近でも、2018年には1.8 μSv/hに、2019年には1.35 μSv/hに低下したという。除染は2018年中に終了した。
この区間のうち、大野 - 双葉間は複線化されていたが、下り線のみを復旧して単線とし、上り線は乗客避難・修繕用の通路としている。2017年12月には第一前田川橋梁の下り線架け替えが完成し、上り線跡地には点検時などに職員が通る道路橋が架けられ、その後は通信ケーブルの復旧作業が行われている。また、双葉駅は橋上駅になるほか、棒線駅(線路・ホームが1本ずつの駅)になる。夜ノ森駅も、橋上駅になる。大野駅も改修されることになっており、大野駅前では整地作業が行われ、内外装を改修した。更に、大野駅も棒線駅となる。
福島県では、双葉町、大熊町、夜ノ森駅周辺の避難区域解除を、同区間の営業再開に合わせ実施するという。避難区域解除は、双葉駅前は2020年3月4日、大野駅前は2020年3月5日、夜ノ森駅前は2020年3月10日午前6時に実施された。
そして2020年3月14日、営業が再開された。営業再開当日は記念のイベントが開催される予定だったが、新型コロナウイルス肺炎の感染拡大の影響を受け、中止となった。営業再開後は、E531系は原ノ町駅までの運行となり、E657系で品川駅 - 仙台駅間直通の特急列車が運行されるほか、全線再開記念切符も発売され、記念ポスターも作られた。
小高駅付近が浸水したほか、室原川橋りょうの破損などが見られた。避難区域の再編後は大半が避難指示解除準備区域、一部が居住制限区域となった。2015年3月の国土交通省発表では、運転再開目標は遅くとも2017年とされた。2016年(平成28年)1月6日より除染・復旧工事に着手し、2017年(平成29年)3月7日には同区間の試運転が開始され、同年4月1日に運行を再開した。浪江駅では2017年(平成29年)10月20日まで終着駅だった竜田駅と同様に副本線である3番線を使用し、2・3番線と1番線の間の線路には仮設の足場が設置されていた。桃内駅では側線が撤去された。
なお、帰還困難区域を除いた浪江町の避難指示については2017年(平成29年)3月31日で解除された。
避難区域の再編後は磐城太田以南が概ね避難指示解除準備区域となり、2015年(平成27年)3月の国土交通省発表では、運転再開目標は2016年(平成28年)春とされた。2016年(平成28年)7月12日には南相馬市小高区に出されていた避難指示が帰還困難区域(該当世帯無し)を除き解除されることを受け、同日から除染・復旧工事が完了した小高 - 原ノ町間の運転を再開した。列車は当初、原ノ町 - 相馬間の列車を一部延長するような形で設定となったが、相馬 - 浜吉田間が復旧した2016年(平成28年)12月10日以降は仙台方面との直通も設定されたものの基本的に原ノ町駅で系統が分断されている。
小高駅では当初、下り本線の上に仮設の足場を設置して1番線ホームを拡張し、中線のみを用いていたが、浪江駅までの復旧に伴いこの仮設の足場は撤去されている。
この区間は南相馬市内の一部が緊急時避難準備区域となったが、原ノ町駅 - 鹿島駅間で浸水などが発生した程度と前後の区間と比較し被害が比較的少なかった。
原ノ町駅では、2011年(平成23年)8月現在で651系K202編成・415系K534編成・E721系P-9+P-27編成・701系F2-510編成(原ノ町 - 磐城太田間で停止したものを移送)が閉じ込められていた。このうちE721系と701系は後に陸送で搬出されており、651系と415系はしばらく留置されたのち2016年(平成28年)3月に撤去・陸送作業が行われ同月中に廃車されている。
代行輸送は区域指定が解除されていない2011年(平成23年)5月23日から相馬駅 - 亘理駅間のバスを延長する形で開始され、同年9月30日の緊急時避難準備区域解除を経て、12月21日に運行を再開した。運行再開の時点では徐行運転とし、2012年(平成24年)1月10日からは本来の速度で運転している。この運転再開時には前後の区間から孤立しており、原ノ町 - 相馬間で取り残された車両(前述)では運用が困難であったため、701系3編成6両を書類上勝田車両センターへ転属の上、2011年(平成23年)12月13日から15日にかけ陸送で搬入、原ノ町運輸区に常駐させて使用していた。
なお、2016年(平成28年)12月10日の相馬 - 亘理間の再開後は震災前と同様、仙台方面への直通が実施されている(次節も参照)。
この区間は駒ケ嶺 - 亘理間で、新地・坂元両駅の流失など、津波による比較的大規模な設備の浸水・流失が発生したことから、亘理駅の中線にホームを仮設して仙台方面への折り返し運転を行い、相馬 - 亘理間でバス代行が実施された。バス便は各駅停車のほか、途中新地のみ停車する便や、山下 - 亘理の区間便が設定された。途中駅についてはバス停は旧駅とは異なる場所に設置されている場所があった(詳細は各駅の項を参照)。
この区間についてJR東日本は当初より国道6号線沿いの内陸部への移設も視野に復旧案を検討した。その後、沿線自治体である福島県新地町・宮城県山元町において常磐線の線路移設を含めた都市計画が立てられたこともあり、相馬 - 亘理間のうち、駒ケ嶺 - 浜吉田間については現位置より山側に移設、相馬 - 駒ケ嶺、浜吉田 - 亘理間は現位置で対策工事を行い復旧させることが、2012年(平成24年)3月5日に発表された。
うち、浜吉田 - 亘理間については復旧・避難対策完了後の2013年(平成25年)3月16日に先行して運行を再開した。ただしバス代行の区間は従来通りとされ、列車交換がない場合の跨線橋利用を避けるため、亘理駅の仮設ホームも存置された。
駒ケ嶺 - 浜吉田間の線路移設工事は新地駅(旧)の駒ケ嶺方約870 mから浜吉田駅の山下方約870 mまでの、全長約14.1 kmで行われ、2012年9月27日に用地取得を前提に2014年春に着手することが発表され、2014年(平成26年)5月までに用地買収が完了し、工事に着手した。当初着工から復旧まで3年を見込み、2017年(平成29年)春に相馬 - 浜吉田間が復旧する予定としていたが、2016年(平成28年)10月4日には東北運輸局による鉄道事業法に基づく完成検査に合格し、同年11月5日から再開前日まで試運転が行われ、同年12月10日に運転が再開された。同日実施のダイヤ改正では、震災前に運転されていた特急列車と貨物列車の設定はないものの、普通列車は震災前と同等の本数が確保された。
本区間はおよそ4割が単線高架で構成され、一部は地平や掘割を用いている。ただし、坂元 - 山下間では工期短縮のため丘陵上の遺跡やサクラの木を避け、掘割ではなくトンネル(第1・第2戸花山トンネル)を用いている。この区間にあった新地駅・坂元駅・山下駅の3駅は新線上に移設され、新地駅は地上駅、坂元駅・山下駅は高架駅となり、新地駅と山下駅には旧駅と同様列車交換設備が設置されたが、坂元駅は棒線駅として復旧された。
これに伴い駒ケ嶺 - 浜吉田間では各駅間の営業キロが変更され、駒ケ嶺 - 新地間で-0.2 km、その他で+0.1から0.4 km、全体で+0.6 kmの改キロとなった(震災前22.6 km、復旧後23.2 km)が、営業キロと運賃の変更は同区間を含むSuica仙台エリア内で2017年(平成29年)4月1日の磐越西線郡山富田駅開業と同時に実施された。
内陸移設後の旧線の路盤のうち新地 - 山下間は津波防災対策として盛土をして築堤に転用し、その築堤上に福島・宮城県道38号相馬亘理線を建設する工事が進行している。このうち新地駅-福島・宮城県境までは開通済みである。
「普通列車」とは中距離列車の列車種別としての「普通」列車を指すものとする。
優等列車は2023年現在、特急「ひたち」が品川駅 - いわき駅・仙台駅間で、「ときわ」が品川駅・上野駅 - 土浦駅・勝田駅・高萩駅間で運行されている。
東日本大震災発生までは全線で特急列車が運行されていた。当初の計画では、2012年のダイヤ改正よりいわき駅 - 仙台駅間に新愛称の特急が設定され、いわき駅で同一ホーム乗り換え可能とされる予定であったが、東日本大震災・福島第一原子力発電所事故の影響で同区間の一部が不通となったことから、新愛称特急の運行計画は白紙となった。上野駅 - 仙台駅間で設定されていた特急「スーパーひたち」は大震災発生以後いわき駅 - 仙台駅間が運休となり、2012年3月17日のダイヤ改正で正式にいわき駅 - 仙台駅間での特急の設定がなくなり上野駅 - いわき駅間での運行となった。2015年3月14日のダイヤ改正で列車名が「スーパーひたち」・「フレッシュひたち」からそれぞれ「ひたち」・「ときわ」に変更され、また同時に上野東京ラインの開業により運転区間が品川駅まで延長された。
2020年3月14日の全線復旧後は、特急「ひたち」のうち3往復が品川駅・上野駅 - 仙台駅間直通で運行されており、車両はE657系を使用している。
このほか、かつては東北本線のバイパスとして、上野駅 - 青森駅間の特急「みちのく」、寝台特急「ゆうづる」などが運転されていた。
普通列車は全線において運転されている。この中に中距離電車と呼ばれる列車があり、品川駅から取手駅以東の勝田駅まで運転される列車で、現在はE531系電車が使用されている。
1982年11月14日までは上野駅 - 仙台駅間全線を通して走る列車もあったが、それ以降はダイヤ改正を重ねるにつれて系統分割が進められた。
2005年7月9日のダイヤ改正では、水戸駅 - 仙台駅間を直通する普通列車がいわき駅での系統分割により消滅し、2007年3月18日のダイヤ改正では、E531系電車へのグリーン車連結により、大半が水戸駅・勝田駅を境に分断され、上野駅 - いわき駅間を直通する列車がなくなった。いわき駅 - 仙台駅間を直通する列車もE721系電車の導入に伴い大半が原ノ町駅で分断された。この改正以降、東日本大震災発生までの普通列車の基本的な運転系統は上野駅 - 水戸・勝田駅間、水戸駅 - いわき駅間、いわき駅 - 原ノ町駅間、原ノ町駅 - 仙台駅間の4つに分かれ、全線復旧した2020年現在もほぼ踏襲された。2015年の上野東京ラインが開業後は一部列車が品川駅まで乗り入れるようになった。
友部駅 - 高萩駅間には水戸線との直通列車が設定されており、2021年3月13日以降、この直通列車のうち友部駅 - 勝田駅間に限ってワンマン運転を行なっている。
この区間は電車特定区間に含まれており、以下の3系統に分けられる。
常磐線:交直両用電車を使用して取手駅以北の土浦・水戸方面へ運転される中距離列車(中距離電車)。普通と特別快速が運行されている。普通列車は、このエリア内では「快速」と案内される。
常磐線(快速):直流用電車を使用して品川駅 - 取手駅間のみを走行する快速電車。一部列車は我孫子駅から成田線に直通する。
常磐線(各駅停車):直流用電車を使用して綾瀬駅 - 取手駅間を走行する各駅停車。綾瀬駅から東京メトロ千代田線およびその先の小田急小田原線と相互直通運転を実施しており、上野方面へは乗り入れない。
複々線区間では通過運転を行う中距離列車と快速電車が快速線を、各駅停車が緩行線を走行する。快速線と緩行線はそれぞれダイヤグラムが独立しており、初電・終電間近の時間帯以外は接続を重視したダイヤ編成を行っていない。我孫子駅 - 取手駅間では、快速線が各駅に停車するため平日朝夕以外の時間帯は緩行線の列車の運行がない。
快速線では、取手駅以北土浦・水戸方面への中距離列車が40%弱を占めており、事実上この区間の輸送を担っている状態にあり、基本的に発車ホームも区別されていない。快速電車と普通列車は列車の性格の違いから、2004年3月12日まで停車駅が異なっていた。かつては普通列車の方が停車駅が少なく、停車駅に天王台駅が追加された1988年から、日中に限り三河島駅と南千住駅にも停車し快速電車と停車駅が同一となった。2004年3月13日のダイヤ改正からは、普通列車も三河島駅と南千住駅に終日停車となり、上野駅 - 取手駅間での停車駅が統一された。また、それに伴い同年10月16日のダイヤ改正より普通列車も上野駅 - 取手駅間では「快速」と案内するようになった。
品川駅・上野駅 - 土浦駅間は東京への通勤圏に含まれるため運行本数が比較的多い。日中時間帯は1時間に3本運行されている。土浦駅 - 勝田駅間(一部水戸駅発着)は朝の上りを除き1時間に2 - 3本の運行である。このほか、友部駅 - 勝田駅間では水戸線との直通列車も設定されており、ワンマン運転を行なっている。
原則としてE531系10両または15両編成(グリーン車連結:15両編成は品川駅・上野駅 - 土浦駅間のみ)での運転となり、130km/hでの運転が行われている。このほか、土浦駅 - 水戸駅・勝田駅間や水戸線直通の系統では、E531系付属編成のみでの運転があり、前述の通り水戸線直通にはワンマン運転に対応した車両の限定運用となる。
2017年10月14日の改正で、品川駅乗り入れ列車の増発および15両編成列車の増加(品川駅発着列車は全て15両編成化)が行われた。
2022年3月12日のダイヤ改正では、日中時間帯に土浦駅での系統分離や品川駅直通列車の増加が行われた。また、2017年10月改正で消滅した10両編成の品川駅発着列車が復活している。