根室本線
普通列車は滝川駅-富良野駅間で下り8本、上り6本、富良野駅 - 東鹿越駅間が4往復(下り1本は快速「狩勝」:区間内は各駅に停車)、そして早朝に芦別発上り滝川行が1本運転されている。なお、2021年3月13日改正時より、滝川駅 - 東鹿越駅間の区間列車下り1本を富良野行への変更、上り1本の減便が実施された。
東鹿越駅 - 新得駅間
平成28年台風第10号の影響で2023年4月1日現在でも代行バス輸送となっている。全便が東鹿越駅発着の列車との接続を考慮した時刻設定となっており、同駅で5 - 10分程度の接続時間を設けている。2022年3月改正時点で東鹿越駅 - 新得駅間で4往復が運行されているほか、早朝に落合駅発東鹿越駅行きが1本存在する。かつては富良野駅発着の代行バスも存在したが、同改正で消滅している。
なお代行バスでは落合駅 - 新得駅間に「サホロリゾート前」停留所が設けられており、同区間を走行する全便が停車する。これは落合・新得の両駅から十勝サホロリゾートまでの無料シャトルバスを代行バスが兼ねるもので、サホロリゾート前発着の乗車券は発売されず、同停留所で下車する場合は直前の駅までの運賃のみで利用できる(落合駅・新得駅 - 同停留所間のみの乗車は運賃不要)。ただし、同停留所で下車せずに落合駅 - 新得駅間を乗り通す場合はその区間を含む全区間の運賃が必要となる。
国鉄時代はキハ22形気動車も全線で運用されていた。
2006年(平成18年)4月21日に、ふるさと銀河線が廃止されるまでは、ふるさと銀河線の気動車(CR70形またはCR75形)も池田駅 - 帯広駅間に2往復乗り入れていた。
全て気動車で運転されている。
1946年(昭和21年) 3月1日:東鹿越信号場が一般駅に昇格し、東鹿越駅となる。 5月1日:下芦別駅、奔茂尻駅をそれぞれ芦別駅、滝里駅に改称。
1949年(昭和24年)6月1日:公共企業体日本国有鉄道(国鉄)に移管。
1951年(昭和26年) 4月1日:狩勝信号場、西庶路信号場が仮乗降場に変更され、狩勝信号場(仮乗降場)、西庶路仮乗降場(局設定)となる。 5月17日:釧路発函館行きの上り急行「まりも」が新得駅を出発後、狩勝峠にさしかかった地点で脱線し、機関士1名が負傷。何者かが故意にレールをずらしたことが原因とされるが、犯人は特定されず(まりも号脱線事件)。
1952年(昭和27年) 3月5日:西庶路信号場が駅に昇格し、西庶路駅となる。 11月15日:上別保駅が別保駅に改称。
1954年(昭和29年) 7月1日:音別駅 - 白糠駅間に古瀬信号場を開設。 11月10日:幌倉駅、伏古駅をそれぞれ東滝川駅、西帯広駅に改称。
1955年(昭和30年)12月1日:帯広駅 - 根室駅間で気動車運転開始。
1956年(昭和31年)5月20日:急行「まりも」に三等寝台車復活。
1958年(昭和33年) 9月10日:十勝清水駅 - 御影駅間に羽帯駅を開設。 10月1日:函館駅 - 釧路駅(2代目)間の準急を「狩勝」と命名。
1959年(昭和34年) 9月22日:釧路駅(2代目) - 根室駅間に準急「ノサップ」新設。 10月7日:札内駅 - 止若駅間に稲士別仮乗降場を開設。
1961年(昭和36年) 2月1日:落石駅 - 西和田駅間に昆布盛駅を開設。
1896年(明治29年)5月14日に公布された北海道鉄道敷設法により、北海道内における1,000 哩(約1,600 km)の鉄道整備が決まり、北海道庁長官の北垣国道はルート選定のための踏査を帝国大学工科大学教授の田辺朔郎に依頼。田辺は帝国大学を後にし、北海道庁鉄道敷設部長として踏査にあたった。
十勝ルートの踏査にあたっては、樹木が繁茂して見通しの利かない夏期を避け、初春の堅雪の季節に2名の鉄道技師と数名の荷物運搬人らとともに旭川を出発。ヒグマやオオカミが跋扈する原生林や、蚊やアブや蜂が飛び交う湿地など未開の地を歩き、地形、地質、経済効果、資材の入手方法など細部にわたって、釧路までの間を20日間かけ踏査した。当初はサホロ岳の北方が最適かと見当をつけていたが、踏査の結果、現在の国道38号線にほぼ沿う旧狩勝トンネルルートを最適とし、田辺はここに「狩勝峠」と名付けた。後に田辺が完成した鉄路で釧路を訪れた際、「12時間もの間さぞご退屈だったでしょう」との労いの声に「私が以前ここへ来たときは20日かかりました。昔日のことを思えばわずか12時間でこの地を通過するのはなんだかもったいないように思います」と応えたという。
ルート決定後、旭川と釧路を結ぶ幹線鉄道として北海道官設鉄道によって旭川、釧路双方から着工された。旭川側は1899年(明治32年)9月1日に旭川駅 - 美瑛駅間が、釧路側は1901年(明治34年)7月20日に釧路駅 - 白糠駅間が開業したのを皮切りに、1907年(明治40年)9月8日には狩勝トンネルの完成をもって、狩勝峠を含む落合駅 - 帯広駅間が開業。
キハ150形(富良野駅 - 帯広駅) 快速「狩勝」の旭川駅直通列車で使用。また、間合い運用で帯広駅近辺で運転されることもあった。
客車改造気動車(キハ08、キハ09など) 車体が重いため勾配の少ない花咲線に多く見られた。