西武狭山線
池袋駅発着で各駅停車をはじめ準急(平日ナイター、下りのみ)・快速のほか、1998年3月26日からは東京メトロ有楽町線新木場駅発着、2013年3月16日からみなとみらい線元町・中華街駅発着で東急東横線・東京メトロ副都心線を経由して運転されている。試合終了後も池袋行きのほか有楽町線・副都心線直通列車が数本運転される。また、野球開催時には臨時特急「ドーム」が1往復運転されるほか、コンサートなどのイベント開催時にも臨時列車や団体専用列車が設定される場合がある。
池袋発の直通列車は大半が各駅停車の保谷行き、準急や快速は所沢行き、新木場発の直通列車は所沢行きをそれぞれ西武球場前行きとして延長運転する形で運行されている。また、平日ナイターの快速飯能行きは西武球場前行きに変更し、所沢発で飯能行きの区間列車に接続する。また、2013年3月16日改正で新たに東横線・副都心線から元町・中華街発の快速急行小手指行きが設定された。こちらは行先を西武球場前行きに変更した上で西武線内を快速として運転し、ひばりヶ丘駅で同駅始発の臨時快速急行小手指行きに接続している。そのため所定のひばりヶ丘駅で東横線・副都心線からの快速急行を待ち合わせる新木場発各停小手指行きは、清瀬駅でひばりヶ丘発臨時快速急行小手指行きに抜かれる形態がとられている。
ベルーナドームでのプロ野球の試合や各種イベント開催時の運転は以下のように行われる。この場合、通常の池袋線直通列車に加え、池袋線・新宿線直通臨時列車が設定される。これは阪神電気鉄道の施策を参考にしたと言われている 。
2009年7月2日に西武ドームで行われた西武対ロッテ戦では試合時間が5時間42分に及んだため、試合終了前にその日の最終列車の発車時刻を過ぎた。そこで西武鉄道側は急遽西所沢行きの臨時列車3本を運行したものの、池袋方面への接続がなかったこともありすべての観客が帰ることはできず、翌朝の始発列車まで現地付近で夜を明かしたファンもいた。