名鉄小牧線
ほぼすべての列車が上飯田駅から平安通駅までの名古屋市営地下鉄上飯田線と直通運転し、上飯田線と運行が一体化している。現在は普通列車のみの運行である。上飯田線平安通駅 - 犬山駅間(所要は昼間時間帯で下り37分・上り34分)の列車を毎時4本運行しているほか、平安通駅 - 小牧駅間(所要約15分)の列車が平日朝に毎時4本、夕ラッシュ時と土曜・休日の朝に同2本加わる。後者の時間帯は平安通駅 - 小牧駅間が10分毎、小牧駅 - 犬山駅間が約15分毎の運行となるので、運転間隔調整のために犬山駅発着列車の半数は小牧駅で約5分停車する。上飯田線開業後は、上飯田駅で名鉄線小牧・犬山方面へ折り返す列車はなくなった(上飯田線内のみの列車はある)。上飯田線開業後も小牧線内のみの列車もごくわずかに残されており、小牧駅 - 犬山駅間の単線区間の始発列車とその次の列車は小牧発犬山行き、最終は犬山発小牧行きとなっている。
駅集中管理システムの導入によって車掌による発券や改札作業が不要となったことから、各駅のホームの映像を運転席のモニタに電送するシステムを導入した上でワンマン運転を実施している。また、発車時には上飯田線と共通の車載乗降促進メロディを使用するほか、上飯田駅にはホームゲートが設置され、電車の到着・発車時に一緒に開閉する。
通常は名鉄の他線と直通する列車はなく、名鉄名古屋駅・新鵜沼駅・新可児駅方面などへは犬山駅で乗り換えなくてはならないが、毎年8月10日の日本ライン夏まつり納涼花火大会の際に犬山線新鵜沼駅への延長運転が行われている(犬山駅から先はワンマン運転を行わない)。過去には、各務原線新岐阜駅(現在の名鉄岐阜駅)や新鵜沼駅、広見線新可児駅まで直通する列車や明治村口駅(現・羽黒駅)発着で犬山線名鉄名古屋駅方面に直通する特急列車も定期運行していた。上飯田線への乗り入れ開始前までは、毎年3月15日に開催される田縣神社の豊年祭の観客輸送のため、名鉄名古屋駅方面から犬山線直通の急行を臨時運行したり、前述の犬山線直通の特急が小牧駅まで臨時延長運転することもあった。
平日朝ラッシュ前後に小牧駅 - 犬山駅間の定期回送列車が2往復運行されている。回送列車は一部の駅(楽田駅を除く各駅)を通過する。航空自衛隊小牧基地での航空祭など沿線でイベントが行われて平安通駅 - 小牧駅間で臨時に増発されるときも同様に送り込みの回送列車が運行される。単線区間の臨時増発はあまり行われない。
単線区間の小牧駅 - 犬山駅間では、日中は田県神社前駅と五郎丸信号場で上下列車が交換(行き違い)する。上飯田線開業前は楽田駅でのみ列車交換が可能であり、概ね20分毎の運行であった。