宇都宮線
他路線から宇都宮線に乗り入れる列車は、その路線の車両で運行されている。
E231系・E233系3000番台(4ドア車) 湘南新宿ライン東海道線 - 高崎線系統の全列車と、高崎線直通列車の一部は、国府津車両センター所属のE231系・E233系で運行されている。
EV-E301系(3ドア車) 小山車両センター所属で、2014年3月15日より宇都宮 - 宝積寺間の烏山線直通列車用として2両1編成が先行投入された。パンタグラフ付きの蓄電池車。2017年3月4日のダイヤ改正ですべての烏山線直通列車をこの車両に置き換えた。
EV-E301系
大宮駅を出ると、下り貨物線を通ってきた列車はポイントを渡って下り旅客線に合流する。下り貨物線は、高崎線への連絡線と大宮総合車両センター東大宮センターへの回送線に分岐する。下り線は勾配を上って右にカーブしながら、北西に向かう高崎線の線路を跨ぎ、北北東に進路をとる。この高崎線との立体交差は、1966年(昭和41年)に、通勤五方面作戦における大宮駅改良の一環として完成したものである。右カーブを続けながら勾配を下りると、大宮総合車両センター東大宮センターから上り線につながる回送線の線路をくぐる。回送線は下り線をまたぐ地点のすぐ北側で一本に合流し、以北は上下線と回送線の3線区間となる。高架の回送線が高度を下げてくると、埼玉県道164号鴻巣桶川さいたま線(旧中山道)の地下道を越える。併走する東武野田線(東武アーバンパークライン)の北大宮駅を過ぎると、回送線の高さが上下線とそろう。5本の線路を跨ぐ踏切を通過し東武野田線を東に分けて、直線区間を進む。この区間では、高級住宅地としても知られる盆栽町を通る。盆栽町を抜けると土呂駅に着く。土呂駅 - 古河駅間では、関東山地中北部、三国山脈南麓、そして足尾山地への降雨が東京湾や太平洋(犬吠埼付近)に注ぐ流路帯を横断していく。車窓には住宅地のはざまに沿線の水辺の風景と、天気がよければ遠く北西に日光連山の姿を臨みながら進む。
上野東京ラインの名称で、上野駅・東京駅経由で宇都宮線と東海道線との直通運転を開始。
2016年(平成28年)10月1日:東京駅 - 大宮駅間に駅ナンバリングを設定。路線記号は「JU」。
2017年(平成29年)10月23日:久喜駅 - 東鷲宮駅間で架線の碍子が破損し漏電が発生、東鷲宮駅の信号機などが故障。近くを走っていた計3本の電車が立ち往生して乗客約1900人が線路上に降り、最寄り駅まで歩くなどして避難した。同日に通過した台風21号による間引き運転と併せ、白岡駅 - 古河駅間で24日まで約2日間運転を見合わせた。
2019年(令和元年)10月12日:台風19号の影響により、矢板駅 - 野崎駅間の箒川橋りょうおよび西那須野駅 - 那須塩原駅間の蛇尾川橋りょうで、護床工が変状する被害を受ける。
2021年(令和3年)3月13日:ダイヤ改正に伴い、通勤快速を全廃(高崎線方面の列車を含む)。快速全列車が東大宮駅・蓮田駅に停車するようになる。
2022年(令和4年)3月12日:E131系電車を投入し、宇都宮駅 - 黒磯駅間(と小山駅 - 宇都宮駅間の一部及び日光線)はE131系ワンマン列車・グリーン車無しに統一され、一部の小山駅発下り列車を除いて、宇都宮駅で系統分離された。
2023年(令和5年)10月19日:黒磯駅で東京圏輸送管理システム (ATOS) 使用開始。
宇都宮・小金井発の東京経由東海道線直通:各1本 古河発の東京経由東海道線直通:1本
東海道線直通列車の日中の発着駅は平塚駅・小田原駅・熱海駅・沼津駅・伊東駅。朝夕にはこれらに加え、南側は国府津駅発着、上野駅発着、東京始発、藤沢始発、品川行きも運転される。かつては北側に氏家始発、黒磯発着の列車も運転されていた。朝ラッシュ時間帯の上り列車は、約3 - 4分間隔での運行となる。
全区間10両または15両編成で運転される。15両編成で運転する列車は小金井駅で車両の連結・切り離しを行う列車がある。これらの一部は小金井駅 - 宇都宮駅間では付属編成のみの5両編成で運行される。宇都宮駅 - 熱海駅間(214.3km)の全区間を15両編成で運転する列車も多く、全国で最も長い距離を走行する長編成普通列車のうちの一つとなっている。
所要時間は、東京駅 - 大宮駅間で約30分、東京駅 - 久喜駅間で約55分、東京駅 - 小山駅間で約1時間25 - 30分程度、東京駅 - 宇都宮駅間で約1時間50 - 55分程度である。
第二次世界大戦中は戦時体制で運行本数は極限まで減らされたが、戦後はGHQの意図によって東京駅 - 上野駅間に東北本線の中・長距離列車が乗り入れ、青函連絡船・函館本線・室蘭本線等と一体化した東京 - 北海道間旅客輸送も行われた。さらに高度経済成長に伴う鉄道の高速化事業に乗り、当線も電化・複線化が進み、東京から宇都宮駅を経て栃木県の観光地(日光・那須方面)間を結ぶ中距離優等列車が当時最新型の157系「日光型」を使用して運行された。当線の全線電化・複線化が完了した1968年(昭和43年)10月には「ヨンサントオ」と通称される白紙ダイヤ改正が実施され、これ以降東北本線にも485系電車や583系電車、455系電車、165系電車を用いた特急・急行列車が増発された。輸送は東北地方各地 - 関東地方栃木県各地 - 東京を結ぶ広域都市間輸送機能を主体としており、最盛期で毎時2 - 3本の東京 - 東北間長距離特急・急行列車、および1日数本の長距離普通列車が往来し、長編成の貨物列車も定期運行されていた。
茨城県古河市は、宇都宮線 栗橋駅 - 古河駅間において、南古河新駅(仮称)の設置を検討している。
また、栃木県小山市では、間々田駅 - 小山駅間にある粟宮地区において、新駅を設置する計画がある。
また、埼玉県川口市では、現在京浜東北線しか停車しない川口駅に宇都宮線のホームを増設し宇都宮線(上野東京ラインや湘南新宿ライン)を停車させる計画がある。現在、市もJR東日本に要望書を提出している(「川口駅」を参照)。
鬼怒川を渡るとすぐ左に大きくカーブを切り、切り通しを登って鬼怒川左岸段丘に上がるとまもなく烏山線の分岐駅であり、高根沢工業団地の最寄り駅でもあり、高根沢町の中心地である宝積寺駅に到着する。
宝積寺駅を出ると烏山線が段丘を東に下り、宇都宮線はしばらく台上を走る。この付近では右手(東側)車窓に栃木県と茨城県の県境をなす八溝山地の山並みが、そして左手(西側)には男体山をはじめとする日光の山々そして高原山が見渡せる。まもなく段丘を下ってさくら市の中心地で喜連川温泉の入口であり、清流の町である那珂川町の最寄り駅である。氏家駅に着く。
氏家駅を出るとすぐに国道4号が宇都宮線をまたぎ、高原山の山容が左手前方(北側)に大きく見えてくる。しばらく田園地帯を走って市の堀用水を渡ると、宇都宮線としては唯一の無人駅である蒲須坂駅に着く。同駅は開けた平地部に位置し、駅の西-北-東側には左から日光連山、高原山、(奥に)那須岳、そして八溝山地と180度の大パノラマが広がる。のどかな田園のただ中にあるが、かつては一部優等列車の停車駅となったこともある。
蒲須坂駅を出ると、荒川を渡り、小高い丘が連なる塩那丘陵の起伏地に入る。列車は丘の間を縫うように走り国道4号と併走して左にカーブし、住宅地に入って片岡駅に着く。
片岡駅を出ると東北新幹線の高架がまたいでいく。すぐに東北自動車道の矢板ICの取付道路をくぐってりんご等の果樹園畑の中をしばらく進むと、再び田園地帯に入って内川を渡り、住宅地に入ると、矢板市の中心地であり、ゴルフ場の最寄りである矢板駅に着く。