青梅線
立川駅 - 青梅駅間では中央線直通列車が多く運行されており、終日にわたって設定されている。正式な列車種別は上下線とも中央線と共通で、上り列車は青梅線内でも中央線内の列車種別で案内がなされる。
直通する列車は快速のほか、日中の青梅特快・朝ラッシュ時の上り通勤特快・夕ラッシュ時の下り通勤快速がある。日中の1時間に5本のうち、青梅特快1本・快速2本の3本が中央線へ直通する。2015年3月14日のダイヤ改正で、平日の朝に新たに2本と夕方に1本が東京駅発着となった。奥多摩駅と中央線を直通する列車は季節運行の臨時特急「おうめ」のみである。2023年3月18日のダイヤ改正以前は、定期列車で朝に奥多摩発東京行きの快速が平日に2本、土休日に1本設定されていたほか、特別快速「ホリデー快速おくたま」が土休日に3往復、武蔵五日市駅発着の特別快速「ホリデー快速あきがわ」を東京駅 - 拝島駅間で併結して運転されていた。
このほか平日には、2019年3月16日のダイヤ改正で新設された特急「おうめ」が、それまで運転されていた「青梅ライナー」に代わって、朝に上り青梅駅発東京駅行き、夜に下り東京駅発青梅駅行きが1本ずつ運転されている。
かつては、平日に2往復、土休日に1往復、当路線を経由して中央線と五日市線・八高線を直通する列車が設定されており、拝島駅で五日市線直通の東京寄りの6両(1 - 6号車)と、八高線直通の青梅寄りの4両(7 - 10号車)の連結・切り離しを行っていた。