佐世保線
最高速度は130 km/hで、ほとんどの区間で地平を走行し、高橋駅から高架の武雄温泉駅に取付く部分は新たに複線の高架橋を建設したうえで、新幹線の高架橋の終端に接続する計画であった。
しかしながら、技術的観点からフリーゲージトレインの導入が不透明な状況となり、2016年3月には与党、佐賀県、長崎県、JR九州、鉄道・運輸機構、国土交通省による「六者合意」として、2022年度に武雄温泉駅でフル規格新幹線と在来線特急の対面乗り換えによる開業を目指す方針が示された。肥前山口 - 武雄温泉間の複線化については、全区間を整備新幹線スキームで整備するとしながらも、2022年度の開業時までに大町駅 - 高橋駅間の複線化を行い、その後順次全線複線化を行う方針に変更された。
その後フリーゲージトレインの導入が正式に断念されると、2019年4月に複線化区間を大町駅 - 高橋駅間に短縮する計画変更が認可された。国土交通省は同区間の複線化により、武雄温泉駅での対面乗換方式による開業に伴う特急列車の本数の増加に対応可能であるとしている。大町駅 - 高橋駅間については2022年2月26日に線路切り替え工事が行われ、翌27日から複線化されている。
戦後、1954年に進駐軍専用列車「デキシー・リミテッド (Dixie Limited)」が日本に返還されて急行「西海」と改名のうえ東京駅 - 佐世保駅間を結んだのを皮切りに、東海道本線・山陽本線から佐世保線へ直通する急行列車が多数設定された。その後、1964年に大阪駅発着の急行「平戸」(のちに2代目「西海」に改称)、1965年に東京駅発着の寝台特急「さくら」、新大阪駅発着のディーゼル特急「みどり」(のちに「いそかぜ」→「かもめ」に改称)、1967年に新大阪駅発着の寝台特急「あかつき」が運行を開始した。
1975年3月10日の山陽新幹線全線開通後も夜行列車の「西海」「さくら」「あかつき」は存続したが、その後の交通体系の変化に伴い夜行列車の利用客は減少の一途をたどり、1980年10月1日に「西海」が廃止された。次いで、1999年12月4日に「はやぶさ」との併結化に伴い「さくら」の佐世保駅発着列車が廃止された。