直通運転
大阪難波駅を介して近鉄難波線経由で近鉄奈良線と相互直通運転を開始。
2010年(平成22年) 7月17日:京成成田空港線(成田スカイアクセス)が開業。京成高砂駅を介して相互直通運転を開始。北総鉄道北総線は全線が同線との共用区間となるが、旅客案内上は印旛日本医大駅を介して北総鉄道北総線区間と京成成田空港線との区間に分けられる。 10月1日:神戸高速鉄道の運営形態変更により阪急・阪神・神戸電鉄の路線に組み込まれ、神戸高速鉄道南北線は神戸電鉄神戸高速線に改称されたため、神戸電鉄は他事業者への直通運転が消滅。同様に神戸高速鉄道東西線は元町駅までの本線区間が阪神神戸高速線に、その支線である(阪急)三宮駅(現・<阪急>神戸三宮駅)までの東西線の支線は阪急神戸高速線にそれぞれ改称され、西代駅で接続の山陽電気鉄道本線を含めて神戸高速鉄道への相互直通運転が消滅。この関係で山陽電気鉄道の(阪急)三宮駅発着列車については阪急への直通運転が片方向直通運転の形態ながらも復活した。
2013年(平成25年)3月16日 東急東横線渋谷駅が地下化。同駅を介して東京メトロ副都心線の相互直通運転を開始。 東急東横線 - 東京メトロ日比谷線の直通運転を終了。地下鉄と郊外の民鉄事業者による初の相互直通運転終了となる。
2015年(平成27年)3月14日:直江津駅を介して北越急行ほくほく線 - (JR信越本線) - えちごトキめき鉄道妙高はねうまラインの直通運転を開始。
2016年(平成28年) 3月26日:東京メトロ千代田線を介してJR東日本E233系電車の小田急線への、小田急4000形電車 (2代)のJR東日本常磐線への相互乗り入れを開始。
上小田井駅を介して名鉄犬山線と相互直通運転を開始。
1994年(平成6年)12月3日:智頭急行智頭線が開業。上郡駅を介してJR山陽本線と、智頭駅を介してJR因美線と相互直通運転を開始。
1996年(平成8年)4月27日:東葉高速鉄道東葉高速線が開業。西船橋駅を介して営団地下鉄東西線と相互直通運転を開始。
1997年(平成9年) 3月22日:北越急行ほくほく線が開業。六日町駅を介してJR上越線と、犀潟駅を介してJR信越本線と相互直通運転を開始。 10月12日:京都市営地下鉄東西線が部分開業。御陵駅を介して京阪京津線と直通運転を開始(京都市交通局50系電車は京津線に乗り入れないため、片乗り入れとなる)。 11月17日:川西能勢口駅を介して阪急宝塚本線 - 能勢電鉄妙見線・日生線との直通運転を片乗り入れで開始(2014年8月1日より変則的な相互乗り入れに変更)。 12月18日:大阪港トランスポートシステムテクノポート線とニュートラムテクノポート線の営業を開始。前者は大阪港駅を介して大阪市営地下鉄中央線と近鉄東大阪線(現・近鉄けいはんな線)と、後者は中ふ頭駅を介してニュートラム南港ポートタウン線と直通運転を開始。特に後者は日本では初かつ現在に至るまで唯一となっている新交通システムでの直通運転であった。
2000年(平成12年)9月26日:営団地下鉄南北線(現・東京メトロ南北線)・都営地下鉄三田線が全線開業。目黒駅を介して東急目黒線と相互直通運転を開始。
2001年(平成13年)3月28日:埼玉高速鉄道線が開業。赤羽岩淵駅を介して営団地下鉄南北線と相互直通運転を開始。
直通運転にあたっては、実施する両路線の軌間や電化方式などの規格を揃えるのが通常である。しかし、現に営業している路線においてこれらを変更するには多大なコストがかかるため、車両の側で複数の方式に対応できるようにすることで、地上設備の大規模な改修を避ける例も多く見られる。
直通運転を実施する路線の軌間が異なる場合は、軌間をどちらか一方に合わせて改軌する(京成電鉄など)か、両方の車両が走行できるように三線軌化(箱根登山線など)が行われる。車両側で対応する例としては、スペイン・フランス国境のタルゴのように軌間可変車両を導入したり、中国とロシア・モンゴルの国境のように台車の交換により直通を実施するものがある。この場合、接続部にはそのための地上設備が設けられる。
電化方式が異なる場合には、電化方式を一方に合わせて変更するか、複数の異なる電化方式でも走行できる設備を備えた車両(複電圧車や交流直流両用車両等)を導入して対応する。また、非電化区間へは電車はそのままでは乗り入れられないが、電車を機関車で牽引することによって直通運転を実施する例がある。この場合、車内照明や空調等のサービス電源をまかなうため、発電機の搭載や電源車の連結が行われる。
また、直通運転する区間では案内表示の交換・新設がなされるほか、直通路線間の接続駅では、線路配線や信号設備の変更、ホームの新設などが行われる。直通運転により乗り入れてくる車両の規格に対応させるために路線全体の地上設備(直々セクションの設置など)を改修する場合もある。運用の変更に伴い車両基地の改修・新設・移転などを実施する場合もある。