山手線
10月23日・24日:渋谷駅山手線内回り線路切換工事実施のため、2日間に渡り特別ダイヤで運転。
内回り:池袋駅 - 渋谷駅 - 大崎駅間を運休。大崎駅 - 東京駅 - 池袋駅間は本数を大幅に減らして運転(池袋駅で上野方面に折返し運転)。
外回り:大崎駅 - 渋谷駅 - 池袋駅間で本数を減らして運転(一部、大崎駅で東京方面に折返し運転)。
京浜東北・根岸線:快速運転を中止(終日、各駅停車で運転)。
埼京線・りんかい線:新木場駅 - 大崎駅 - 赤羽駅間を増発。
湘南新宿ライン:通常運転。
相鉄線直通列車:新宿駅 - 池袋駅間を延長運転。
山手貨物線:品川駅 - 新宿駅間で臨時列車を運転(臨時列車は、品川・恵比寿・渋谷・新宿に停車)。
2023年(令和5年)
1月7日・8日:渋谷駅山手線外回り線路切換工事実施のため、2日間に渡り特別ダイヤで運転。
内回り:池袋駅 - 渋谷駅 - 大崎駅間で本数を減らして運転(一部、池袋駅で上野方面に折返し運転)。
外回り:大崎駅 - 渋谷駅 - 池袋駅間を運休。池袋駅 - 東京駅 - 大崎駅間は本数を大幅に減らして運転(大崎駅で東京方面に折返し運転)。
その他の措置は2021年10月の体制を概ね踏襲。但し山手貨物線臨時列車は品川駅発着から大崎駅発着に変更。
山手線は、首都から放射状に伸びる鉄道網の起終点となる主要ターミナル駅を結ぶ首都内完結路線として、高頻度の運転を実施している。
複数の線区(山手線・東北本線・東海道本線)を走ることや、運行形態が環状運転であるため、運行方向は上り・下りではなく外回り・内回りという表現が旅客案内に用いられる。環状線路の複線外側を左側走行する列車が外回り(時計回り:品川駅 → 渋谷駅 → 新宿駅 → 池袋駅 → 上野駅 → 東京駅 → 品川駅)、複線内側を左側走行する列車が内回り(反時計回り)である。
運転本数は都心部の旅客需要を満たすため多く、平日朝ラッシュ時は約3 - 4分間隔、土休日日中時間帯は約4分間隔、平日日中は5分間隔、平日夕ラッシュ時間帯は約4 - 5分間隔で運行されている。ただし、始発・最終付近(早朝・深夜)は運行間隔が広がる。非常に高頻度のダイヤとなっているが、平日朝の本数は中央線快速よりも少ない。これは、新宿駅など利用者の多い駅での乗降に時間を要し、山手線の運転間隔を短縮できないためである。中央線快速でも新宿駅では乗降に時間を要しているが、一方向につき1面2線のホームを設け、先行列車と後続列車を別々の番線に振り分けて乗降を行う相互発着を行うことで運転間隔を短縮している。
当路線には列車種別設定がなく、すべての電車で停車駅パターンは一定で、平行ダイヤが組まれている。1周34.5 kmにかかる時間は日中(b速)の場合は59分(起・終点駅での停車時間を除く)である。当路線自体には列車種別設定がないが、京浜東北線が快速運転する日中の時間帯には並行区間で山手線が各駅停車の役割となる緩急分離運転が実施されている。快速停車駅間、特に田端駅 - 上野方面間、上野駅 - 東京方面間、秋葉原駅 - 浜松町方面間、東京駅 - 浜松町方面間の各区間乗車の場合、京浜東北線快速を利用した方が速いが、運転間隔が異なるため京浜東北線を利用しても必ずしも早く到着するとは限らない。同様の環状運転を行う大阪環状線や名古屋市営地下鉄名城線とは異なり、他線区から環状運転系統の線路に乗り入れたり、種別が変わったり、途中駅で折り返して反対方向に運転したり、大阪環状線のように優等列車として運転したりする電車はない。
一度運用についた電車は、基本的には終日同じ方向への環状運転を行っている。途中駅が終点となる電車は、平日午前中の池袋行きと毎日夜間の品川・大崎行きのみである。また、途中駅が始発となる電車は、毎日朝方の田町発と、平日午後の池袋発がある。
環状運転する電車の各駅での行き先案内は、主要6駅(東京駅、上野駅、池袋駅、新宿駅、渋谷駅、品川駅)から直近の2駅を挙げて「○○・△△方面行き」としている(たとえば、有楽町駅での外回り電車は品川・渋谷方面行きと案内する)。
列車番号は、ダイヤ上の分界駅である大崎駅を基準としている。外回りは奇数、内回りは偶数で、「大崎駅発時(24時間)」+「当該編成の当日の運用番号」として、末尾に「G」をつけている。したがって、山手線を約1時間かけて1周した電車は、大崎駅で列車番号の「大崎駅発時」部分を変えて引き続き運転される(ただし、大崎行きの電車を除く)。なお、ほかの駅が始発となる電車で大崎駅を00分以前に発車する電車は「始発駅発時(24時間)」を-1する。
山手線は平日には外回りが328本、内回りが322本、計650本が1日に運行されている。土曜・休日には外回り297本、内回り286本の計583本になる。2007年3月18日の改正で外回りでは平日の朝ラッシュ時に1本増発、夕方ラッシュ時に1本削減し全体での運行本数は変わらず、休日も変動はなかったが、内回りは平日は4本、土曜・休日は5本の削減となった。この改正以降、2分20秒間隔で1時間25本を運行している。改正前日の17日までは2分30秒間隔で24本の運行であった。これは車両が205系からE231系になり、アナログATCがデジタルATCになったことで1分 - 1分40秒短縮することができたためである。
例外的な運用として、後述のリフレッシュ工事の日で田端駅 - 田町駅間を京浜東北線と線路を共有する時間帯は、この区間の運転本数を削減するために池袋駅と大崎駅の間を往復する電車が5本に1本程度設定される。このため、大崎駅 - 田町駅間および池袋駅 - 田端駅間は運転間隔が少し長くなる。
また、1956年11月19日に山手線と京浜東北線の線路が分離され、両線とも運転本数が増やされたが、増えた車両数に対応する車庫の建設が追いつかなかったため、一部編成を京浜東北線の蒲田電車区や下十条電車区(現在の下十条運転区)に留置させる必要が生じ、特に後者は山手線車両の配置も一時的に実施された。この関係で、早朝・深夜のみ、山手線 - 京浜東北線間を直通する蒲田発着列車や東十条発着列車が運転されていた。この列車は1967年に品川電車区(現・東京総合車両センター東エリア)が完成したことにより廃止された。
毎年10月の休日(ほとんどは体育の日)に途中無停車の団体専用臨時列車が運行されている。これは大崎周辺まちづくり協議会主催によるイベント「しながわ夢さん橋」の企画として運行されるもので、大崎駅から出発し山手線を1周して大崎駅に戻るものである。2006年までは内回り方向、2007年以降は外回り方向で走っている。2016年10月の運行では、当時1本しかなかった最新鋭のE235系トウ01編成を使用。また2017年の運行で通算30回目を超え、2020年10月11日の運行が通算33回目となった。これ以外にも、8月最後の土曜日の東京総合車両センター一般公開と合わせて、びゅうが企画するツアーの申込者を限定とした団体列車が運転されることがある。これも「しながわ夢さん橋」企画と同じく、大崎駅出発で途中駅をすべて通過し、大崎駅へ戻る臨時列車である。このほかにも2005年に運行された「山手線開業120周年」記念列車も途中ノンストップであった。
大晦日から元旦にかけての終夜運転は、外回りが10分間隔、内回りが12分間隔で運転される。このとき、原宿駅では明治神宮参拝客用臨時ホームが利用されていた。その後臨時ホームを拡幅する常設化工事を実施していたが、2020年3月21日に新駅舎とともに供用開始され、原宿駅は変則相対式の2面2線のホーム体制となった。
東京総合車両センター所属のE235系電車が使用されている。11両編成で統一されており、E235系は先頭部と側面ドア部分がウグイス色()となっている。
E235系電車は、2015年11月30日から運用を開始した。2020年1月20日を最後にE231系500番台が営業運転を終了し、E235系に統一された。
E231系以降の導入車両では、車内に旅客案内装置としてVISが設置されるようになった。各ドア上部にはVIS表示用の液晶ディスプレイ (LCD) が2つずつ設置されている。右側の画面は次駅案内や所要時間(半周分のみ、目安30分以内)、近隣自社および主要他社・局路線の遅延状況・工事予告などが表示される。左側の画面は、ニュースや天気予報、CM、ナイター速報、エンターテインメント情報が流れる(トレインチャンネルを参照のこと)。液晶ディスプレイ自体は205系時代からあったが、文字と録画映像しか放送できなかった。
2014年3月から、スマートフォン向け情報配信サービス「山手線トレインネット」が「JR東日本アプリ」のコンテンツとして始まった。対応列車内では音波ビーコンによって、スマートフォンで号車別混雑率や室温、次の駅のホーム出口位置など、号車・乗車位置に応じた情報を受け取れる。2014年度内に山手線全列車で対応するよう車両の改造工事が進められた。
また、1年後の2015年3月には、音波ビーコンにより号車・乗車位置を特定する機能を「山手線チェックイン機能」と称し、他社のスマートフォンアプリに開放することが発表された。発表段階では、NTTドコモとサントリービジネスエキスパートが当該機能を利用するサービスを展開することを表明している。
2018年5月19日から車内に防犯カメラが設置されたE235系の運行が開始された。2020年現在全車両に設置されている。防犯カメラはドアの上のディスプレイの右側に設置され、片側に2台、1車両で合わせて4台設置され車内全体を監視することができるようになっている。
以下はすべて電車。
デ960形・デ963形・デ989形・ニデ950形 - 甲武鉄道承継車。電化当初に使用。
ホデ6100形→デハ6250形 - 1909年から運用を開始したが、運用終了時期は不明
ホデ6110形→デハ6260形 - 1911年から1925年の昇圧まで使用。
デハ6280系・デハ6285系・デハ6300系・デハ6310系・デハ6340系 - 16 m級木造車。1911年から1925年の昇圧まで使用。
デハ33400系・デハ33500系 - 1921年製の16 m級木造車。
30系・31系・33系・50系→11系 - 17 m級鋼製車
101系 - 1961年9月から1968年ごろにかけて使用。車体色はカナリア色。
103系 - 1963年12月から1988年6月26日まで使用。車体色はウグイス色。10両編成で使用されたが、冷房車の登場後、しばらくの期間は10両全部が冷房車の編成はほとんどなく、中間の3 - 4両は非冷房車だった。
205系 - 1985年3月25日から2005年4月17日まで使用。銀色のステンレス車体に黄緑色帯。1990年から試験的に6扉車の連結を開始し、1991年12月からすべての編成の10号車に6扉車を増結して11両編成となった。
215系 - 前述の通り、2000年12月31日から2001年1月1日で臨時列車「21GO」として使用。
E231系500番台 - 2002年4月21日から順次営業運転を開始し、2005年4月17日までに全52編成が出揃った。2020年1月20日を最後に営業運転を終了し、同年1月24日に最後の運行編成となったトウ506編成が改造のため東京総合車両センターに入場した。
キセル編成とは、103系時代に存在した、中間車が非冷房車で、先頭車が自動列車制御装置 (ATC) が搭載されている冷房車でありながら冷房が使えなかった編成のことである。冷房を使用するためには大きな出力の電動発電機 (MG) が必要だが、中間車の非冷房のモハ102には冷房に対応するMGが搭載されていなかった。一方で当時山手線ではATCの整備が進められており、両端の先頭車は(ATCを搭載した)冷房つきの新車であることが多かった。このため先頭車は冷房車であるが、MGが対応できていないために冷房が使えないということが発生した。
205系の10号車、E231系の7・10号車には片側が6扉の車両が連結されていた。平日の始発から朝10時までは混雑緩和のため座席が収納され使用できないが、朝10時を過ぎた時点で座席を使用することができた。土・休日は終日座席を使用できた。しかし、山手線の混雑緩和が進んだことから2010年2月19日からは座席収納を取りやめ、座席の利用が終日可能になった。なお、後述のホームドアの設置に伴い、2011年9月4日までに6扉車が4扉車へ完全に置き換えられたほか、ホームドア対応機器の設置が予定されている。この置き換えのため、4扉の付随車104両が新造されている。この付随車は1人あたりの座席幅を既存車より10 mm広い460 mmとし、台車や空調、VISなどは廃車流用品を用いている。
山手線では以下のようなラッピング車両・ADトレインが運行された。
ピクチャートレイン美術館(山手線車両のうち1編成の車内広告スペースを東京都内の盲学校・ろう学校・特別支援学校・特別支援学級の児童・生徒たちによる絵画作品で統一するもので、2001年から2009年の障害者週間前後に運転)
ゲームセンターCXのアドトレイン(2008年)
山手線命名100周年記念として、旧型国電風のこげ茶色のラッピングをした車両(2009年)
103系電車導入50周年の「みどりの山手線ラッピングトレイン」(2013年)
東京駅開業100周年記念の「赤レンガラッピングトレイン」(2014年11月)
鉄道開業150周年記念の「NETFLIXとのコラボラッピングトレイン(黒い山手線)」(2022年)
山手線一周の線路・沿線の概況を、品川駅を起点に外回り方向に記述する。なお近接する地下鉄路線は原則省略する。
東海道新幹線と京急本線が接続する品川駅を出ると、京急本線と国道15号(第一京浜)をくぐり、500メートルほど京浜東北線・東海道線・横須賀線・東海道新幹線と並行して掘割を南方向へ進む。やがて大きく右へカーブして東海道線・京浜東北線と分かれて横須賀線・東海道新幹線とともに目黒川を渡る。その先、横須賀線上にある旧目黒川信号場で、新宿・池袋方面発着の特急「成田エクスプレス」が走行する山手貨物線が横須賀線から分岐。横須賀線(品鶴線)・東海道新幹線が左方向へ離れ、山手貨物線は以降、田端駅手前まで電車線に並行する。車両基地である東京総合車両センターからの引込線が左手から合流すると大崎駅。山手貨物線を挟んで西側には品鶴線につながっている大崎支線があり、その線路上に湘南新宿ライン・埼京線・東京臨海高速鉄道りんかい線のホームが設けられている。
大崎駅を出ると大崎支線が山手貨物線に合流し、湘南新宿ラインや埼京線電車などは同貨物線を走行する。北西方向へ進み、目黒川を再度渡ると、西側から伸びてくる東急池上線のホームをくぐり、五反田駅へ。同駅は国道1号(桜田通り)をまたぐ形で設けられている。首都高速2号目黒線をくぐり北方向に進路を変えると、駅ビルの直下に設けられた目黒駅。地下ホームに発着する東急目黒線・東京メトロ南北線・都営地下鉄三田線との接続駅である。都道312号(目黒通り)をくぐって北進すると山手貨物線が電車線の下をくぐって左側から右側へ移る。恵比寿ガーデンプレイスの西側を抜けると恵比寿駅。同駅は1996年(平成8年)に山手貨物線ホームが設けられ、2002年(平成14年)のりんかい線開業まで埼京線の起点駅となっていた。都道416号(駒沢通り)をまたぎ、北北西に進むと都心西側のターミナル駅のひとつである渋谷駅に至る。JRの駅は山手貨物線ホームと電車線ホームが大きくずれた場所にあったが、2020年6月1日にホームが並列となった。また電車線ホームの直上に首都高速3号渋谷線と東京メトロ銀座線ホーム、直下に国道246号が交差しており、電車線ホームの西側に京王井の頭線の駅がある。このほか地下には東急田園都市線・東京メトロ半蔵門線・東急東横線・東京メトロ副都心線なども乗り入れている。駅周辺は渋谷の繁華街である。
渋谷駅を出ると都道305号(明治通り)や東京メトロ副都心線(地下)に沿って北上し、明治神宮の東側に差しかかると原宿駅に至る。明治神宮の最寄り駅であり、北側の山手貨物線上には皇室専用ホーム(原宿駅側部乗降場)がある。また駅東側の表参道は商店街となっている。明治神宮沿いを北上し、首都高速4号新宿線をくぐると山手線内側(右側)から複々線の中央本線(中央快速線、中央・総武緩行線)が現れて電車線と山手貨物線の間に入り、山手線電車と中央・総武線各駅停車が停車する代々木駅へ。同駅を出るとすぐに新宿駅構内の南端に差しかかり、左側から小田急小田原線が近づく。そしてタカシマヤタイムズスクエアの脇を抜けて中央・総武緩行線の西行線が山手電車線をまたぐと、都心西側のターミナルのひとつである新宿駅に至る。駅構内の中ほどで東西方向に伸びる国道20号(甲州街道)がまたいでいる。駅西側には京王電鉄と小田急電鉄の駅があり、それぞれ京王百貨店・小田急百貨店を併設。またJRの駅舎もデパートのルミネ・ルミネエストを併設している。駅西側は高層ビルが立ち並ぶ西新宿のビジネス街、東側は新宿三丁目や歌舞伎町の繁華街が広がっている。
新宿駅を出ると「新宿大ガード」で都道4号(靖国通り)をまたぐ。西武新宿駅の西側で山手電車線が中央快速線をまたぎ、中央本線が北西方向へ分かれていく。ここから高田馬場駅まで西武新宿線と並行する。都道433号(大久保通り)をまたぐ手前に新大久保駅がある。周辺にはコリア・タウンが広がり、中央・総武緩行線の大久保駅とは300メートルほどの距離である。病院や学校が立ち並ぶ中を北上すると学生の街・高田馬場にある高田馬場駅。山手貨物線にはホームがないが、西武新宿線との接続駅となっている。都道25号(早稲田通り)と、西へ向かう西武新宿線を跨ぐと北北東に進み、学習院大学の西側に位置する目白駅。駅のすぐ北で都道8号(目白通り)をくぐる。西側から現れた西武池袋線をくぐり、同線と並行すると都心北西部のターミナルで渋谷・新宿と並ぶ池袋の繁華街に囲まれた池袋駅に至る。JRの駅の西側に東武東上線、東側に西武池袋線の駅があり、東武百貨店・西武百貨店を併設。また山手線の運行上の拠点のひとつであり、車両基地(池袋運輸区)への引込線が分岐している。
池袋駅を出ると、山手貨物線から埼京線(赤羽線)が分岐し、山手線(電車線と山手貨物線)は東へと方向を変える。首都高速5号池袋線をくぐり、住宅街の中を東南東へ進むとまず大塚駅がある。同駅では東京都心で唯一となった路面電車・都電荒川線と接続する。続いて掘割を東北東へ進み、国道17号(白山通り)をくぐると巣鴨駅。「とげぬき地蔵」こと高岩寺の最寄駅で、周辺には高齢者でにぎわう地蔵通り商店街がある。さらに掘割を進むと都道455号(本郷通り)をくぐると駒込駅。同駅は都立六義園の最寄り駅となっている。山手線電車線で唯一の踏切を通過すると、湘南新宿ラインが走行する山手貨物線が電車線の下から中里トンネルを潜り左側にカーブして離れ、電車線は反対に右側にカーブし上野方面を目指す。左側から現れた高架の東北・上越・北陸新幹線(以降まとめて「東北新幹線」)と並行し、京浜東北線の北行・南行線路の間に挟まれる形で25 ‰の勾配を下ると田端駅。周辺には新幹線の車両基地や貨物列車用の田端信号場駅が広がっている。
田端駅から東京駅までは、正式には東北本線の電車線を走行する区間となり、山手線電車は京浜東北線の北行・南行線路に挟まれて南へ進む。田端駅を出ると800メートルほどで東京メトロ千代田線と接続する西日暮里駅。同駅手前から左側の東北新幹線の向こう側に複々線の東北列車線(宇都宮線・高崎線)の線路が現れて並行し、西日暮里駅を出てさらに進むと京成本線と常磐線が東側から現れて日暮里駅に至る。同駅では、ほかに日暮里・舎人ライナーも接続するが、宇都宮線・高崎線に駅はない。また東北新幹線は同駅付近から地下に潜る。日暮里駅から上野駅までは山手線、京浜東北線、宇都宮線・高崎線、常磐線を合わせて10本5複線の線路が並行しており、これらの線路を京成本線がまたぐ。都道319号(言問通り)を潜ると東側にある上野恩賜公園の脇に差しかかり、山手・京浜東北線の鶯谷駅へ。公園沿いに右へカーブし、宇都宮・高崎、常磐の各線の線路が高架線と地上線に分かれると、東北・信越各方面へのターミナル駅である上野駅に至る。宇都宮線・高崎線と常磐線はかつて同駅を運行上の起点としていたが、2015年(平成27年)3月14日にはこれらの線路が東京駅までつながった(上野東京ライン)。また地下には東北新幹線のホームもあり、かつては新幹線も上野駅を始発駅としていた。駅西側には上野恩賜公園が広がり、京成本線は同公園の地下を通ってJR上野駅南西にある京成上野駅に発着している。
上野駅を出ると山手線は京浜東北線・東北新幹線と並行して高架上を南下し、東京駅を目指す。左側には上野東京ラインの線路がある。また100メートルほど東側に首都高速1号上野線が並行している。右側のアメ横通りに沿い、都道453号(春日通り)をまたぐと御徒町駅。そのまま市街地の中を南下すると、総武緩行線との交差地点にある秋葉原駅へ。駅周辺の秋葉原は電気街となっているほか、サブカルチャー関連の店も並んでいる。また常磐新線として建設されたつくばエクスプレスが同駅の地下に発着している。秋葉原駅からは東北新幹線が地下から地上に現れ、駅を出るとすぐに神田川を渡る。都道302号(靖国通り)をまたぐと山手線内側から中央線が近づき、国道17号(中央通り)を跨いで神田駅。上野東京ラインは同駅付近では新幹線のさらに上の高架を通る。上野東京ラインが山手線と同じ高さまで下りると、首都高速都心環状線をくぐり、今度は右側の中央線が高々架に上がる。また北東側からは地下を走る総武快速線が近づく。そして国道1号(永代通り)をまたぐと東京駅に至る。同駅は東北新幹線・東海道新幹線と東海道線・中央線、地下ホームに発着する京葉線の始発駅となっているターミナル駅で、さらに正式な路線名としては東北本線・総武本線の起点でもある。皇居側(丸の内口)には赤レンガ駅舎を備え、反対側の八重洲口では高層ツインタワーのグラントウキョウが建設されるなどのリニューアルが進められている。
東京駅から品川駅までは正式には東海道本線の区間となり、引き続き京浜東北線に挟まれて高層ビルが林立する中を南南西方向へ進み、左側には東海道線(列車線)と東海道新幹線が並行、また地下には総武快速線と直通運転を行う横須賀線の線路が通っている。東京国際フォーラムの東を通り過ぎると有楽町駅。駅の東側には銀座の繁華街が広がっている。有楽町センタービル(マリオン)の横を過ぎると、新幹線のさらに左側に東京高速道路(KK線)が並行し、同道路が左にカーブして離れると新橋駅に至る。同駅の南東はかつての初代新橋駅、のちの汐留貨物駅の跡地であり、現在は汐留シオサイトとして再開発が行われている。新交通ゆりかもめの起点駅もその中に位置している。また新橋駅は東京駅 - 品川駅間の中間駅で唯一、東海道線・横須賀線にホームがある。
新橋駅の北東で山手線を含む各線路を支える「新永間(しんえいかん)市街線高架橋」は明治43年(1910年)に建てられた煉瓦アーチ橋で、土木学会選奨土木遺産に選定されている。
新橋駅を出ると国道15号(第一京浜)をまたぎ、高架から地平へと降りる。左側にゆりかもめが並行し、それがお台場方面へ離れていくと、空港連絡鉄道である東京モノレール羽田空港線との接続駅である浜松町駅。駅のすぐ東には旧芝離宮恩賜庭園、1 kmほど西側には東京タワーが位置する。また500メートルほど東側は海(東京港)であり、山手線でもっとも海に近い駅である。浜松町駅を出るとすぐに東京モノレールが右側から左側に移り、首都高速都心環状線をくぐる。モノレールは次の田町駅手前まで並行し、またモノレールの下には休止路線となっている東海道貨物線の用地が続く。緩やかにカーブして南西方向を向くと、モノレールが分かれていき田町駅に至る。田町駅を出て再びカーブして南へ向くと東海道線の上下線の間が離れ、間に同線の留置線が広がる。また同留置線の横で京浜東北線北行線路が山手線の外側へ移り、方向別複々線から線路別複々線に変わる。その直後に高輪ゲートウェイ駅に入る。山手線内側にはビル群を挟んで国道15号が並行。右側で都営地下鉄浅草線に直通する京急本線が地下から高架に、左側で横須賀線線路が地上に上がると、東海道線の上下線が近づいて品川駅に至る。
山手線は、線路名称としての山手線区間(品川駅 - 田端駅間)に加え、東北本線区間(田端駅 - 東京駅間)と東海道本線(東京駅 - 品川駅)の線区を走行する。これらの他線区区間でも、山手線は専用の独立複線上を走行する。
並行する独立した線路を有する運転系統と区間
山手線と並行する区間のみ記載。( )内の駅は、山手線と並行するものの連絡する駅施設がない駅。
山手貨物線(複線) : 田端駅 - 品川駅間
湘南新宿ライン : 田端駅 - 池袋駅 - 新宿駅 - 渋谷駅 - 大崎駅間
埼京線 : 池袋駅 - 新宿駅 - 渋谷駅 - 大崎駅間
中央線快速(複線) : 新宿駅 - (代々木駅)間
中央・総武緩行線(複線) : 新宿駅 - 代々木駅間
上野東京ライン(複線) :東京駅 - 上野駅間
宇都宮線・高崎線(複線) : 上野駅 - (日暮里駅)間
常磐線(複線) : 上野駅 - 日暮里駅間
東北新幹線(複線) : 東京駅 - 上野駅 - (田端駅)間
京浜東北線(複線) : 田端駅 - 東京駅間
田端駅 - 東京駅間は、各駅で京浜東北線と山手線が同一ホーム上で同一方向の電車が発着する方向別配線となっており、京浜東北線が外側、山手線が内側である。両線が各駅停車で運転する時間帯は同一ホーム上での先発列車に乗車ができる。また、京浜東北線が快速運転する時間帯では、各駅停車の山手線との同一ホーム上での緩急乗り換えが可能であるが、運転間隔や停車時間の関係で必ずしも快速が先着するとは限らない。
中央線(複線) : 東京駅 - 神田駅間
東海道線(複線) : 東京駅 - 新橋駅 - 品川駅間
横須賀線(複線) : 東京駅 - 新橋駅 - 品川駅間
東海道新幹線(複線) : 東京駅 - 品川駅間
京浜東北線(複線) : 東京駅 - 品川駅間
このうち、東京駅 - 田町駅間は、各駅で京浜東北線と山手線が同一ホーム上で同一方向の電車が発着する方向別配線となっており、京浜東北線が外側、山手線が内側である。両線が各駅停車で運転する時間帯は同一ホーム上での先発列車に乗車ができる。また、京浜東北線が快速運転する時間帯では、各駅停車の山手線との同一ホーム上での緩急乗り換えが可能である。なお、品川駅や高輪ゲートウェイ駅は配線の都合上山手線と京浜東北線のホームが独立しているため、京浜東北線の快速は田町駅にも停車し、乗り換えの案内も田町駅と品川駅で行われる。
なお、各駅で連絡する鉄道路線は、本節には記さない。駅一覧を参照。
1988年3月13日に京浜東北線で日中に快速運転が開始されるまでは、田端駅 - 東京駅 - 田町駅間(厳密には田端駅南側の渡り線と田町駅北側の渡り線との間)で日中の閑散時間帯に同線の電車と交互に同一の線路を走行させ、使っていない側の線路で保守工事を行っていた。使用する線路は1か月ごとに交代していた。中間の各駅では、たとえば、当時存在していたホームの路線名案内看板の番線表示が「[3]←|[3]←」「[3]←|→[4]」「→[4]|→[4]」のように矢印つきで切り替え可能(島式ホームの反対側に矢印を向けられる)になっていて、時間帯や月によって表示する番線を変えていた。その後も年に数日程度「リフレッシュ工事」と称してこの区間の保守点検作業を日中10 - 16時ごろの間に行うことがあり、その間は京浜東北線も各駅停車で運転して、山手線と京浜東北線が同一の線路を走行する。そのために山手線11両編成化後はこの区間の京浜東北線ホームも11両対応に改修された。なお、両線の転線は現在でも田端駅・田町駅のポイントで行われている。
軌道はTC型省力化軌道が採用されている。架線はインテグレート架線が用いられている。