小野田線
下関総合車両所運用検修センターに所属する105系およびクモハ123形電車が宇部線と共通で使用されている。105系で運行される列車は朝の1往復のみである。なおクモハ123形には長らくトイレがなかったが、2015年5月現在ではすべての車両にトイレが設置されている。
国鉄線となった当初は宇部鉄道から承継した電車を使用し、戦後にはほかの買収私鉄から承継した電車も転属して使用された。1950年代後半からこれらの買収国電に代わりクモハ11形・クモハ12形・クハ16形・クモハ40形・クモハ41形・クハ55形・クモハ42形・クモハ51形などの旧形国電が導入された。本線の旧形国電は1981年(昭和56年)に105系に置き換えられ廃車となり、以後105系のみが使用されていたが、1993年(平成5年)からは可部線から転用されたクモハ123形が主として使用されている。本山支線は各駅のホームの長さが1両分しかないため、本線の車両が105系に置き換えられた後も単行運転の可能なクモハ42形3両が長い間専用車として使用されたが、国鉄分割民営化直前に1両が、2000年(平成12年)に1両が廃車となり、最後の1両も2003年(平成15年)3月15日に宇野線から転用したクモハ123形に置き換えられた。なお、クモハ42形が検査期間中、またはイベントで他線で運用される場合にはクモハ123形で代走していた。
123系による長門本山行き(2005年10月16日 宇部新川駅)
2003年まで本山支線で運行されていたクモハ42形