名古屋臨海高速鉄道あおなみ線
前述のように名古屋駅 - 名古屋貨物ターミナル駅間ではJR貨物の貨物列車の運行が行われており、小本駅 - 荒子駅間にある分岐点までは旅客列車と同じ線路を走行する。名古屋貨物ターミナル駅発着の貨物列車のほか、関西本線方面を発着する貨物列車も、名古屋駅 - 笹島信号場間を走行し、笹島信号場で関西本線に転線する。運行時間帯は旅客列車よりも長く、午前4時台 - 深夜1時台に設定されている。名古屋駅側ではそのまま貨物線の稲沢線に入り稲沢駅まで走行する。
あおなみ線は全線が直流電化されているが、直流用電気機関車だけでなく交直両用電気機関車やディーゼル機関車が牽引する貨物列車も運行されている。
終点のささしまライブ駅には折り返し設備がないため、一度笹島信号場内のJR東海名古屋工場の側線に入り、貨物列車を待避してから折り返していた。同年3月下旬の週末と祝日のみ運転された。
蒸気機関車の実験運行
2011年7月1日、名古屋市長の河村たかしは市議会本会議において、あおなみ線の魅力アップのため、蒸気機関車 (SL) を走らせる方針を明らかにした。運転区間は名古屋駅 - 名古屋貨物ターミナル駅間(途中よりJR貨物の貨物線に転線)で、軌道強度の関係から車両はJR西日本からC56形蒸気機関車160号機と12系客車3両、そして起終点とも転車台がないため折り返し用に最後尾に連結するディーゼル機関車を借り、2013年2月16日・17日に1日3往復「SLあおなみ号」として実験運行が行われた。各列車に200人、2日間で計1,200人の試乗者を募集した。保安装置(自動列車停止装置)はC56形にATS-P対応装置が搭載されていないため、走行予定区間に従来のATS-STを残しての対応となった。
名古屋市内での蒸気機関車の運行は1986年に東海道本線・武豊線名古屋駅 - 武豊駅間と東海道本線名古屋駅 - 木曽川駅間にC56形160号機牽引で運行された「SL一世紀号」以来、27年振りのこととなった。
2005年6月6日に、当線の応援歌としてCD化された。
あおなみ旅情
空と波の間に - 相沢智之作曲
朝夕のラッシュ輸送を終えて車庫に戻る列車は金城ふ頭駅から潮凪信号場まで回送で運転される。本数は朝9時台に2本、夜19・20・22時台に各1本(土曜・休日は9・22時台に各1本)。また、平日および土曜・休日ともに潮凪車庫出庫列車が潮凪信号場から金城ふ頭駅まで5時台に1本運転される。
2008年(平成20年)10月23日に発生した名古屋駅での脱線事故以降、名古屋駅での夜間滞泊を中止し、初発列車・最終列車は潮凪車庫との間で回送されるダイヤとなっている。このうち、最終列車の折返し回送は2013年(平成25年)12月1日より営業列車化され、名古屋発稲永行となった。