東京メトロ有楽町線
和光市駅から東武東上線を経由して川越市駅(朝夕は森林公園駅)まで、小竹向原駅からは西武有楽町線経由池袋線直通で小手指駅(朝・夕の一部列車は飯能駅)までそれぞれ相互乗り入れを行っている。
有楽町線のみの運行となる列車や東武東上線直通列車は全区間各駅停車で運行されているが、西武池袋線直通列車は西武線内を準急・快速・快速急行として運行する列車があり、この場合は小竹向原駅で種別変更を行う。また後述するように2017年3月25日から有料指定列車「S-TRAIN」が運転開始された。有楽町線へは平日ダイヤのみ乗り入れ、小手指駅 - 豊洲駅間で朝に所沢発豊洲行き2本・夕方以降に豊洲発小手指行きを5本運転している。有楽町線内の途中停車駅は飯田橋駅・有楽町駅の2駅で、豊洲行は降車専用、小手指行は乗車専用となり、西武線内のみや有楽町線内のみの利用は不可能である。
和光市駅 - 小竹向原駅間は副都心線と線路・駅施設を共有し、新木場駅発着の列車と渋谷方面(東急東横線・みなとみらい線・東急新横浜線・相鉄線直通)の列車がともに運行されている。
副都心線との共用区間である和光市 - 小竹向原間では10両編成と8両編成の列車で運行されているが、小竹向原 - 新木場間はすべて10両編成の列車で運行されている。
平日朝のラッシュ時の池袋方面では数多くの列車が運行され、小竹向原駅で新木場方面と渋谷方面に振り分けられている。
その他、野球や花火大会などのイベント開催時に運転される臨時列車がある(詳細は「臨時列車」の項を参照)。
2005年10月31日から導入され、2013年3月18日より設定時間帯を変更した。
平日の朝ラッシュ時、和光市駅を7時07分から9時12分までに発車する新木場行列車または小竹向原駅を7時20分から9時15分までに発車する新木場行き列車の、進行方向最後尾車両に設定。 他社線直通列車は、乗り入れ先の始発駅より実施。 9時20分になった時点で女性専用車の扱いを終了。
各駅の出入口が先頭車両あるいは最後尾車両に存在する場合が多い。
なお、ダイヤ乱れ時には女性専用車の運用は取りやめられる。
2012年(平成24年) 3月17日:ホームドア設置工事の進捗に伴い、小田急ロマンスカーの乗り入れを中止。 9月10日:東急5050系4000番台の営業運転開始。当日は東武東上線森林公園駅 - 新木場駅間の朝1往復運転。 8月4日:新富町駅 - 新木場駅間で新CS-ATCの使用を開始。有楽町線全線の新CS-ATC化を完了。 11月4日:小竹向原駅 - 千川駅間の立体交差化工事に伴う線路工事のため、終日和光市駅 - 池袋駅間で運休。
2013年(平成25年) 2月7日:江戸川橋駅 - 新木場駅間で携帯電話の利用が可能となる。 2月21日:要町駅 - 江戸川橋駅間で携帯電話の利用が可能となる。 3月21日:和光市駅 - 要町駅間で携帯電話の利用が可能となる。 12月7日:全駅のホームドアの設置が完了。
2014年(平成26年)2月8日:千川駅でのホームドア稼働開始をもって、全駅のホームドアが稼働。
2015年(平成27年)3月28日:和光市 - 小竹向原間のワンマン運転が開始。
2016年(平成28年)2月14日:千川駅 - 小竹向原駅間の有楽町線和光市方面連絡線が完成し、始発から運用が開始される。
2018年(平成30年)3月17日:新富町駅と日比谷線築地駅との乗り換え業務を開始。
2020年(令和2年)6月6日:銀座一丁目駅と銀座線・丸ノ内線・日比谷線銀座駅との乗り換え業務を開始。
2021年(令和3年)2月21日:17000系が営業運転開始。
2022年(令和4年) 1月28日:豊洲 - 住吉間約4.8 kmの鉄道事業許可を国土交通大臣に申請。 3月28日:国土交通大臣が豊洲 - 住吉間約4.8 kmの第一種鉄道事業を許可。 8月6日:全線でワンマン運転を開始。