東北新幹線
1977年(昭和52年)時点で、東北本線の上野駅 - 宇都宮駅間は、通勤ラッシュ時を除いて、1時間あたり片道で特急2本、急行3本、普通(貨物を含む)5本の計10本規格ダイヤを設定していたが、有効時間帯では限界に近い列車設定だった。混雑の激しい時間帯の特急を増発するために、規格ダイヤを全面的に見直し、1時間当たりさらに1本を設定できるようにした。これは、1978年(昭和53年)10月2日に実施された「ゴーサントオ」ダイヤ改正から導入されたが、特急列車のスピードダウンを余儀なくされた。
全幹法の制定から盛岡以北の整備計画決定までの間、青森県内では、八戸市を経由する実際に建設された「東周りルート」と秋田県大館市、青森県弘前市付近を経由する「西周りルート」をめぐって激しい誘致合戦が繰り広げられた。東周りルートでは、八戸市など南部地方の自治体が岩手県と連携して「東北新幹線太平洋周り誘致期成同盟会」を、西周りルートでは弘前市など津軽地方の自治体が秋田県と連携して「東北新幹線秋田・津軽ルート誘致促進期成会」をそれぞれ結成しそれぞれのルートの優位性を主張したため、政治的課題に発展した。
1972年(昭和47年)6月に、新たに4路線の基本計画が決定され、7月3日に昭和47年告示第242号によって東北新幹線(東京都 - 青森市)に基本計画が改正された。この基本計画において東北新幹線は東京都を起点に「宇都宮市附近、仙台市附近、盛岡市」を主要な経過地として青森市を終点とすることが示された。これにより、国鉄に対してルート調査の指示が出され、整備計画決定に向けてルート問題の解決が急がれた。最終的に青森県は「東北新幹線と日本海沿岸新幹線の2線について、本県内の実現を期するとともに、両線の同時完成を目標にその建設促進にあたる」とする旨の調停案を作成し、県内の意見統一が図られた。
翌年の1973年(昭和48年)11月には北海道新幹線(青森市 - 札幌市)、東北新幹線(盛岡市 - 青森市)、北陸新幹線(東京都 - 大阪市)、九州新幹線(福岡市 - 鹿児島市)、九州新幹線(福岡市 - 長崎市)の5路線(いわゆる整備新幹線)の整備計画が決定された。東北新幹線は最高設計速度260 km/h、主要な経過地として「八戸市附近」が示され、建設主体は日本国有鉄道とされた。
青森市内の駅については、青森駅併設、ヤード地区(現 青い森セントラルパーク)、石江地区(現 新青森駅)の3案が国鉄側から示され、青森駅併設を求める青森市との議論の末、最終的に石江地区への建設が決まった。
1971年(昭和46年)10月12日に東京 - 盛岡間の工事実施計画(その1)の認可申請が行われ、10月14日に認可、11月に東北新幹線の工事に着手した。開業当初は最高速度210 km/h、12両編成の計画であるが、最高速度260 km/h、大きな手戻りなく16両編成に対応できる建設基準であった。認可時点での計画は、東京駅については、東京駅在来第6、第7ホームを東北新幹線に転用し、2面4線の東海道新幹線ホームとあわせて4面8線の新幹線ホームとして、このうち5線を東北新幹線と東海道新幹線が直通可能な配線にする計画であった。2019年時点においても東京駅構内の東北新幹線と東海道新幹線の線路は完全に分離されている。東京駅を出た後は秋葉原駅付近で地下に入り、御徒町から上野公園の下を通って日暮里駅構内で再び地上に出て、京浜東北線沿いに赤羽まで北上し、北区浮間を経て荒川を渡り、荒川から大宮駅手前にかけては延長10.8 kmの南埼玉トンネルを建設する計画であった。
認可時点での完成目標は1976年(昭和51年)度であったが、オイルショック後の経済悪化や国鉄の経営悪化などにより、1977年(昭和52年)には完成目標が1980年(昭和55年)度に、1981年(昭和56年)には完成目標が1986年(昭和61年)度に繰り下げられた。1978年(昭和53年)6月から1980年(昭和55年)6月にかけては「新幹線総合試験線」として、既に完成した鷲宮 - 石橋間約42.8 kmを使用した走行距離約68,000 kmにおよぶ試験走行が行われ、騒音・振動対策をはじめ約200項目の技術開発試験が行われた。
また、東北新幹線の雪対策設備を実車走行により確認するため、「雪対策試験線」として1979年(昭和54年)冬季に仙台 - 北上間約115 km、1980年(昭和55年)冬季に仙台 - 盛岡間約170 kmにおいて、耐寒・耐雪対応車両として開発された200系および925形を使用して、走行距離約56,400 kmにおよぶ試験走行を行った。同年12月には東北・上越両新幹線の開業を1982年(昭和57年)春とし、仮の始終着駅を大宮駅とすること、大宮 - 上野間の開業を1984年(昭和59年)度とし、東京 - 上野間についても引き続き完成に努力することが発表された。
1982年(昭和57年)6月23日に大宮駅 - 盛岡駅間が暫定開業した。上野駅 - 大宮駅間には新幹線リレー号が運行された。
東北・上越新幹線の建設が開始された1970年代前半は、名古屋新幹線訴訟をはじめ、先に開業していた東海道・山陽新幹線の騒音問題が社会問題化した時期にあたる。このような中で建設が開始された東北・上越新幹線の沿線では、東北地方を含めた各地で騒音を懸念しての反対運動が展開された。特に、当初の工事実施計画では地下方式(南埼玉トンネル)での建設が予定されていた荒川北岸 - 大宮駅南側(埼玉県南部の戸田市・浦和市・与野市)の区間は、軟弱な地質により地盤沈下が懸念されたため、1973年(昭和48年)3月10日に高架方式に変更、また、その経路の変更に伴い東京都北区・板橋区においては、星美学園の敷地直下にトンネル(赤羽台トンネル)が新たに掘られることとなった。そのため、特に都市化が進展しつつあった、埼玉県南部沿線3市やその沿線住民およびトンネルで真下を通過することになった同学園とそれに呼応した北区の沿線住民の反対運動は、激化・長期化することとなり、工事用地内への居座り・デモ行進・地元説明会打切りなどの妨害行為がなされ、開業時期の遅れや事業費の肥大化の大きな原因となった。この反対運動により、通勤新線(現在の埼京線)を併設するなど計画の変更がなされた。
その後、国鉄が新幹線と通勤新線の併設を正式に表明したことなどを受け、沿線3市や北区の反対姿勢も軟化し、住民側も反対運動は次第に下火となっていったが、与野・浦和・戸田3市の一部の住民は1980年(昭和55年)4月に高架線での認可の取り消しを求める訴訟を、同年9月には北区の沿線11地区の住民が工事差し止めを求める訴訟をそれぞれ起こしたが、最後まで強硬に反対していた星美学園が1982年(昭和57年)11月25日に補償問題について和解と合意に達した。しかし、一部区間の工事については、前述の住民訴訟もあり、1983年(昭和58年)8月に国鉄再建監理委員会の緊急提言により、安全対策上やむを得ない工事に限って施工するとした方針が示され、工事は一時停滞した。その後、3市の住民側は当時の埼玉県知事の提案などによって沈静化、北区の住民側も1984年(昭和59年)6月30日にトンネル上部の支障住宅の移転が完了、同年8月8日には地元と工事に関する協定書が正式に調印、裁判も同年10月3日に和解が成立し、全体の着工が可能となった。
また、1971年(昭和46年)10月の認可時点では、東北新幹線は東京駅在来第6、第7ホームを東北新幹線に転用し、秋葉原駅付近で地下に入り、御徒町から上野公園の下を通って日暮里駅内で再び地上に出るルートが計画されており、上野に駅を設置する計画は存在しなかった。しかし、東海道新幹線の利用客増加に伴う東京駅の容量不足により、第7ホームは東海道新幹線に転用された。これを補完するために上野駅を設置する工事実施計画の変更が行われ、1977年(昭和52年)12月に東京 - 盛岡間工事計画変更 (その2)が認可された。東北新幹線の上野駅は深さ約30 mの地下4階に設けられ、2面4線で折り返し可能な構造で設計された。
1983年(昭和58年)3月の役員会において、上野開業時に東北新幹線の運転速度を230 km/h程度とする申し合わせが行われた。その後約1年間大宮 - 盛岡間で行われた約27.6万 kmにおよぶ240 km/h走行耐久試験の結果を踏まえて、1984年(昭和59年)11月に240 km/hの営業運転が決定された 。
1985年(昭和60年)3月14日に上野駅 - 大宮駅間が開業し、最高速度240 km/h運転を開始した。これにより、大宮駅での新幹線リレー号への乗り換えが不要になり、上野駅 - 盛岡駅間の所要時間は最短で2時間45分に短縮された。しかし、上野駅 - 大宮駅間は、前述の経路変更により住宅密集地を極力避けたため、大宮駅以南のルートでは曲線半径600 mから2,000 mの急カーブが連続し、線形上の制約により最高速度は110 km/hとなった。
1987年(昭和62年)4月1日の国鉄分割民営化に伴い、東北新幹線の営業主体は東日本旅客鉄道(JR東日本)が承継し、東北新幹線(東京 - 盛岡)の鉄道施設の保有および東京 - 上野間の建設は新幹線鉄道保有機構が承継した。JR東日本は新幹線鉄道保有機構にリース料を支払い、鉄道施設を借り受けて運営していた"注"。また、東京 - 上野間の実際の工事は新幹線鉄道保有機構からの委託契約によりJR東日本により施工された。
都心部を通過するルートであり用地買収を極力抑えるため、上野 - 東京間のルートは複雑になっている。東京駅では、第6ホームを東北新幹線に転用し、将来的に東海道新幹線と直通運転可能な構造とした。東京駅を出て、呉服橋から竜閑橋の間は都道407号線(江戸通り)の中央分離帯に橋脚を設置し、道路の上空半分に高架橋を建設、神田駅付近では在来線高架橋を取り壊したうえで新幹線高架橋を建設した。この高架橋は新幹線高架橋の上に在来線高架橋を継ぎ足す重層化を考慮した設計がされており、在来線部分は2015年3月に上野東京ラインとして開業している。秋葉原駅付近からは25 ‰勾配で下り、地下の上野駅へ向かうが、この区間にある第1上野トンネルでは1990年(平成2年)1月にシールド工法区間(御徒町トンネル)の建設中に陥没事故が発生している。
1991年(平成3年)6月20日に東京駅 - 上野駅間が開業した。東北・上越新幹線で東京駅へ向かう場合の在来線乗り換えが不要となったことにより、所要時間は東京駅 - 仙台駅間では22分短縮されて1時間44分、東京駅 - 盛岡駅間では20分短縮されて2時間36分、東京駅 - 青森駅間では21分短縮されて4時間54分となった。同年10月に新幹線鉄道保有機構は『新幹線鉄道に係る鉄道施設の譲渡等に関する法律』に基づき、東北新幹線(東京 - 盛岡)および上越新幹線の鉄道施設を3兆1,069億円でJR東日本に譲渡し、解散した。
1988年(昭和63年)8月から奥羽本線 福島駅 - 山形駅間を狭軌(1,067 mm)から新幹線車両が直通可能な標準軌(1,435 mm)に改軌する工事が行われ、1992年(平成4年)7月1日に山形新幹線「つばさ」として東北新幹線との直通運転を開始した。山形新幹線開業に合わせて新幹線と在来線の双方の規格に対応した400系が導入された。
東北・上越新幹線では、東海道・山陽新幹線と同様の「新幹線運行管理システム」 (COMTRAC) などの運行管理システムが用いられていたが、システムの陳腐化や北陸新幹線の開業など運行形態の複雑化を見据えて、新たなシステムとして「新幹線総合システム」(COSMOS)を1995年11月に導入した。また、1995年から1997年10月1日の北陸新幹線開業時のダイヤ改正に至るまで、運行体系の見直しによるダイヤ改正が行われた。東北新幹線では開業以来、速達タイプ「やまびこ」と各駅停車タイプ「あおば」という列車愛称であった。しかし、「あおば」に比べて「やまびこ」の乗車率が高く、仙台駅や盛岡駅などの長距離利用客が指定席を取りづらくなっていることや、東京駅 - 宇都宮駅間などの近距離需要の増大に伴い、運行体系の見直しが行われた。1995年12月のダイヤ改正では、運行区間を基本とした列車愛称に変更され、近距離需要向けに東京駅 - 那須塩原駅間に「なすの」を新設し、遠距離需要を主とする「やまびこ」の停車駅を削減した。
1992年(平成4年)3月から田沢湖線 盛岡駅 - 大曲駅間においても同様の改軌工事が、奥羽本線 大曲駅 - 秋田駅間においては狭軌と標準軌の単線並列化工事が行われ、1997年(平成9年)3月22日に秋田新幹線「こまち」として東北新幹線との直通運転を開始した。新たな新在直通対応車両として、在来線区間で最高速度130 km/h、新幹線区間において最高速度275 km/hで走行可能なE3系が導入された。秋田新幹線開業に合わせて「こまち」と併結する「やまびこ」のうち最速タイプの3往復は、宇都宮駅 - 盛岡駅間で最高速度275 km/hで走行可能なE2系が導入された。これにより、所要時間は東京駅 - 盛岡駅間で2時間36分から15分短縮されて最速2時間21分、東京駅 - 秋田駅間で開業前の4時間37分から48分短縮されて3時間49分となった。同年10月1日に北陸新幹線 高崎駅 - 長野駅間が開業した。北陸新幹線の乗り入れ開始に伴い、東京駅のJR東日本の新幹線ホームが1面2線から2面4線に増設された。東北新幹線では列車名の見直しが行われ、東京駅 - 那須塩原駅間「なすの」、東京駅 - 仙台・盛岡駅間「やまびこ」に統一され、「あおば」は列車愛称としては廃止された。
国鉄の経営悪化などを背景に1982年(昭和57年)9月の臨時行政調査会の基本答申に沿って、東北新幹線(盛岡市 - 青森市)を含む整備新幹線計画を当面見合わせる閣議決定がなされた。
1985年(昭和60年)12月に、盛岡 - 新青森間の認可申請が行われた。1986年(昭和61年)11月には、青森市の石江地区に、奥羽本線の駅として新青森駅が開業した。国鉄改革や行財政改革の進展、沿線地域の建設促進への強い要望などを背景に、1987年(昭和62年)1月に整備新幹線建設の凍結解除が閣議決定され、盛岡駅以北の東北新幹線の建設に道が開かれた。
同年4月1日の国鉄分割民営化に伴い、1972年(昭和48年)の整備計画では国鉄が建設主体とされていた東北新幹線(盛岡市 - 青森市)は、日本国有鉄道改革法等施行法の附則により東日本旅客鉄道(JR東日本)が営業主体および建設主体とされたが、同年9月に施行された「旅客鉄道株式会社が建設主体とされている新幹線鉄道の建設に関する事業の日本鉄道建設公団への引継ぎに関する法律」により東北新幹線(盛岡市 - 青森市)の建設は日本鉄道建設公団に引き継がれた。
整備新幹線着工に向けた動きが進められる一方、建設費を削減するため、いわゆる「運輸省案」が考案され、東北区間については以下のような案が検討された。時間短縮効果の高い沼宮内 - 八戸間に標準軌新線を建設し、盛岡 - 沼宮内間および八戸 - 青森間に狭軌に加え標準軌を導入する新幹線直通線化(ミニ新幹線化)をすることで上野 - 青森間で新幹線による直通運転を行い、所要時間を4時間51分から4時間2分に短縮するとした。
東北区間の「運輸省案」
盛岡 - 沼宮内間:新幹線直通線
沼宮内 - 八戸間:標準軌新線
八戸 - 青森間:新幹線直通線
1988年(昭和63年)8月31日の「整備新幹線の取扱いについて」において整備新幹線着工優先順位が示され、1(i)として北陸新幹線高崎 - 軽井沢間の標準軌新線、なお軽井沢 - 長野間の取扱いは1998年冬季五輪の開催地決定を考慮して3年以内に結論を出す。1(ii)として高岡 - 金沢間の新幹線規格新線。2として東北新幹線。3として九州新幹線。4として糸魚川 - 魚津間の新幹線規格新線とされた。
1989年(平成元年)1月17日の政府与党申合わせにおいて、整備新幹線の建設主体などが示された。整備新幹線の事業費はJR、国、沿線の地方自治体の負担とすること。建設主体は日本鉄道建設公団とし、建設した鉄道施設を公団がJRに有償で貸し付けること。北陸新幹線 高崎 - 軽井沢間を平成元年度から本格的に着工すること、あわせて難工事推進事業として3トンネルについても平成元年度中に着手することなどが示された。同年6月に難工事推進事業として、沼宮内(現 いわて沼宮内)- 八戸間の岩手トンネルの着工が認可された。
1991年(平成3年)に新幹線鉄道直通線(ミニ新幹線方式)や新幹線鉄道規格新線(スーパー特急方式)による「暫定整備計画」を決定できるよう全幹法が改正された。1988年(昭和63年)の「整備新幹線の取扱いについて」において優先順位2位であった東北新幹線は、1991年8月22日に盛岡 - 青森間193.4 kmの工事実施計画が認可され、9月4日に三戸トンネルで起工式が行われた。沼宮内 - 八戸間は標準軌新線(フル規格)、盛岡 - 沼宮内間および八戸 - 青森間は新幹線鉄道直通線(ミニ新幹線方式)であり、1992年(平成4年)7月29日に盛岡市 - 岩手町間および八戸市 - 青森市間の暫定整備計画が決定された。
東北新幹線盛岡以北の工事は、フル規格とミニ新幹線が混在する形で着工されたが、1988年(昭和63年)の政府・与党申合せにおいては「従来の整備新幹線の整備計画はすべて維持されることを前提として、これをその第一歩と位置づける。また、今後、経済社会情勢の変化等を考慮して、5年後に見直すこととする。」との文言が盛り込まれていたため、全線フル規格整備を求める運動が続いた。青森県では、この運動の一環として、フル規格整備を求めるテレビCMを、関東の在京テレビジョン放送局にて放映した。内容は、東北新幹線を恐竜の背骨に例え、「背骨がつながっていないと役に立たない」とフル規格での東北新幹線整備を主張するものであった。このCMは1993年(平成5年)6月に放送された。
その後、1994年(平成6年)2月に細川内閣における連立与党申合せおよび三大臣(大蔵・運輸・自治)申合せとして見直し案が示され「新たな財源を見出すことを前提として、平成9年以降新しい基本スキームを検討し、その成案を得ることとする。」としていたが、同年6月に村山内閣が発足し、亀井運輸大臣が前述の申合せの撤回を表明した。これを受けて9月に連立与党整備新幹線検討員会が発足し、議論が行われた結果、12月の連立与党および関係大臣申合せにより、盛岡 - 八戸間を標準軌新線(フル規格)に変更し、八戸 - 青森間の暫定整備計画(ミニ新幹線化)は取り下げることが決定された。前述の合意を踏まえて、1995年(平成7年)4月に盛岡 - 沼宮内間の工事実施計画が認可され、盛岡 - 八戸間の全区間がフル規格で建設されることになった。
1996年(平成8年)1月に橋本内閣が発足すると、連立与党整備新幹線検討委員会が再開され、9月まで議論が行われた。この中では、スーパー特急案、フリーゲージトレイン案なども新たに提案されたが、最終的に、12月25日の「整備新幹線の取扱いについて 政府与党合意」において、東北新幹線の新規着工区間として八戸 - 新青森(石江)間の標準軌新線(フル規格)が示された。平成8年の合意に基づいて、1998年(平成10年)1月に「政府・与党整備新幹線検討委員会における検討結果」が公表され、従来の整備新幹線計画が維持されていることを確認したうえで新規着工区間の優先順位が示され(1)東北新幹線 八戸 - 新青森間、九州新幹線(鹿児島ルート)船小屋 - 新八代間、(2)北陸新幹線 長野 - 上越間とされた。同年3月に八戸 - 新青森間の工事実施計画が追加認可され、新青森駅で起工式が行われた。
青森県では2003年アジア冬季競技大会の開催が決定されており、この大会までに盛岡 - 八戸間の開業を求めていた。2000年(平成12年)12月18日の「整備新幹線の取扱いについて」政府・与党申合せにおいて、東北新幹線 盛岡 - 八戸間については「平成14年末の完成を目指す」、八戸 - 新青森間については「今後概ね12年後の完成を目指す」とされた。
2002年(平成14年)12月1日に盛岡駅 - 八戸駅間が開業した。また、新たな最速達列車として「はやて」の運行を開始した。これにより、所要時間は東京駅 - 八戸駅間では37分短縮されて2時間56分、東京駅 - 青森駅間では28分短縮されて3時間59分(在来線乗り換え時間を含む)となった。
2003年(平成15年)10月1日に鉄道建設・運輸施設整備支援機構が設立され、日本鉄道建設公団は解散した。これにより東北新幹線 盛岡 - 新青森間の建設・貸付け業務は機構に引き継がれた。
2004年(平成16年)12月16日の「整備新幹線の取扱いについて」政府・与党申合せにおいて、東北新幹線 八戸 - 新青森間については「平成22年度末の開業を目指す」とされた。これにより、開業時期は約2年前倒しされた。
2010年(平成22年)12月4日に八戸駅 - 新青森駅が開業し、東北新幹線は整備計画決定から39年の歳月を経て全線開通となった。これにより、東京駅 - 新青森駅間の所要時間は36分短縮されて3時間23分となった。
2011年3月11日14時46分に発生した東北地方太平洋沖地震(東日本大震災)により、東北新幹線は大きな被害を受けた。地震発生時には仙台・盛岡支社管内で14本の列車(うち13本は営業列車)が運行していた。14時46分に管内の海底地震計が基準値を超える地震を感知し、仙台駅 - 古川駅間を約270 km/hで走行していた2本の列車は、運転中止基準値18.0カインを超過する12 - 15秒前にき電停止により自動的に非常ブレーキが作動し、緊急停車した。。営業列車に脱線は生じなかったが、仙台駅構内を約72 km/hで走行していた試7932B列車(E2系)の4両目の前台車2軸が脱線した。脱線原因としては東北地方太平洋沖地震の地震動のうち高架橋の固有振動数に近い振動が共振現象により増幅され、その振動が車両に上心ロールを生じさせたことが原因とされている。ただし、早期地震検知システムにより脱線直前に減速されていたことや、車両の逸脱防止ガイドが機能したことで、車両が軌道から大きく逸脱することはなかった(主要技術も参照)。駅間やトンネル内で停車した列車では、飲食物の配布等が行われたが、当日中に全ての対応を行うことは困難な状況であった。その後、バスで乗客を避難所まで輸送し、翌12日中には全ての乗客の救済が完了した。
乗客の救済が完了した区間から新幹線線路設備の点検を開始し、16日に完了した。落橋やトンネルの崩落はなかったが、仙台駅ホームの天井が落下するなど5つの駅が損傷し、電化柱の損傷が約540箇所、架線の切断が約470箇所、高架橋の橋脚損傷が約100箇所、線路の損傷が約20箇所など、合計で約1,200箇所に被害が生じた。新幹線総合車両センターが被災したことで検測車両(East i)が使用できないため、京浜急行電鉄の軌道検測車等を借用して軌道検測を実施した。仙台駅構内で停止直前に脱線した試7932B列車の撤去作業は3月24日に行われた。
設備の損傷の少なかった東京駅 - 那須塩原駅間は3月15日に運転を再開した。盛岡駅 - 新青森駅間は3月23日再開予定とされていたが、当初の見込みより1日早く3月22日に運転を再開した(22日は1日6.5往復、23日からは1日10往復)。
一ノ関駅 - 盛岡駅間は4月8日再開予定とされていたが、当初の見込みより1日早い4月7日に一部区間徐行運転により運転を再開した(上下各5本)。しかし、同日夜に起きた東北地方太平洋沖地震の余震とみられる強い地震により新たに約550か所の被害が生じた。
4月12日に那須塩原駅 - 福島駅間で一部区間徐行運転により運転を再開した。また、同日再開した東北本線 福島駅 - 仙台駅間で臨時快速列車「新幹線リレー号」を上下計16本運転し(4月24日まで)、首都圏 - 仙台間の鉄道輸送が再開された。4月25日に東京駅 - 仙台駅間で「はやて」「やまびこ」44往復運転により運転を再開した。また、東北本線 仙台駅 - 一ノ関駅で臨時快速列車6往復の運転を開始した。4月29日に東北新幹線は全線で運転を再開し、東京駅 - 仙台駅間で上下108本、東京駅 - 盛岡駅間で上下57本、東京駅 - 新青森駅間で上下29本を運行した。全線運転再開にあわせて「つなげよう、日本。」「がんばろう日本! がんばろう東北!」のステッカーを貼って運転された。また、「はやぶさ」が東京駅 - 新青森駅間で1往復、東京駅 - 仙台駅で1往復運転され、グランクラス料金の一部は被災地復興支援の義援金として寄付された。
運転再開当日は仙台市地下鉄南北線の全線開通や、東北楽天ゴールデンイーグルス(Kスタ宮城・vsオリックス・バファローズ戦)・ベガルタ仙台(仙台スタジアム(ユアテックスタジアム仙台)・vs浦和レッズ戦)の本拠地初戦の開催と重なったことから、仙台市の市民ボランティアのTwitterでの呼びかけにより、九州新幹線開業CMを元に、通過する列車を沿線で手を振って迎えようというプロジェクトが企画され、当日は沿線で多くの人が列車に向かって手を振る様子が見られ、この模様がYouTubeやニコニコ動画などで配信された。
全線運転再開後も那須塩原駅 - 盛岡駅間では徐行運転による暫定ダイヤでの運転が継続されたが、7月9日に那須塩原駅 - 福島駅間および一ノ関駅 - 盛岡駅間で、9月23日には全区間で速度規制が解除され、約半年ぶりに震災前の所定ダイヤ(最高速度300 km/h)での運転が可能になった。
2005年6月からE954形(FASTECH 360S)、2006年4月から新在直通対応のE955形(FASTECH 360Z)による試験走行が開始され、地上設備と車両に関して様々な試験が行われた。その結果を踏まえて、2007年7月に東北新幹線320 km/h化が決定された。
320 km/h運転に向けて、地上設備では2008年度から2012年度にかけて対策工事が行われ、騒音対策として防音壁のかさ上げや騒音低減装置(NIDES)、側壁吸音板の設置、トンネル微気圧波対策として緩衝工の新設・延伸、コンクリート桁のたわみ低減対策、通過時の駅構造物への圧力変動対策として一ノ関駅、水沢江刺駅、新花巻駅で改修工事が行われた。車両面では320 km/h運転が可能なE5系およびE5系と併結し320  km/h走行が可能で新在直通車両であるE6系が開発された。
2011年3月5日のダイヤ改正では、E5系が導入され、JR東日本では初めて宇都宮駅 - 盛岡駅間で最高速度300 km/h運転を行う「はやぶさ」3往復が運転を開始した。これにより所要時間は最短で東京駅 - 盛岡駅間が2時間20分、東京駅 - 新青森駅間が3時間10分となった。
2013年3月16日のダイヤ改正では、E5系単独編成の「はやぶさ」において宇都宮駅 - 盛岡駅間で国内最速となる最高速度320 km/hでの運転を開始した。所要時間は最短で東京駅 - 盛岡駅間が2時間10分、東京駅 - 新青森駅間が2時間59分となった。また、E5系とE6系の併結編成「はやぶさ・スーパーこまち」での最高速度300 km/h運転を開始した。
2014年3月15日のダイヤ改正では、秋田新幹線の車両が新型車両のE6系に統一されたことで「はやぶさ・こまち」の全ての併結編成において宇都宮駅 - 盛岡駅間の最高速度が320 km/hに引き上げられた。これにより、東京駅 - 秋田駅間の所要時間は8分短縮されて最速で3時間37分、下り平均で12分短縮されて3時間47分となった。また、全ての「はやぶさ」が320 km/h運転となったことで所要時間は東京駅 - 新青森駅間の下り平均で9分短縮されて3時間14分となった。
2021年3月13日のダイヤ改正では、上野駅 - 大宮駅間のうち埼玉県内の区間(約12 km)において最高速度を110 km/hから130 km/hに引き上げた。この区間では、2018年5月下旬から概ね2年程度をかけ、吸音板設置や防音壁かさ上げといった騒音対策等の地上設備の工事が行われた。これにより、同区間において所要時間が1分程度短縮された。