埼京線
埼京線、及び湘南新宿ラインの渋谷駅ホームは、長らく東急線や山手線などの他の路線との乗り換えが不便な位置にあり、度々問題に挙げられていた。最も長い箇所は、埼京線から東急東横線までで766.5メートルあり、東京駅の東海道線から京葉線への乗り換えの565.2メートルをさらに上回る状態で、利用者から不便との声が多く寄せられていた。原因は2013年まで隣接する東急東横線ホームが高架式であり、その支柱によりホームを立てることができなかったことである。しかし、東京メトロ副都心線との相互直通運転開始に伴う東急東横線ホーム地下化により、スペースが確保できたため、ホームを山手線渋谷駅ホームと並列させる形で350m北に移設する工事に取り掛かった。
2018年5・6月に上り線の線路切替工事を行い、新設ホームを設置し、2020年5月に下り線の線路切替工事を行い、同年6月1日より新設ホームの供用を開始した。この線路切替工事中は、埼京線(相鉄線直通、りんかい線直通含む)、湘南新宿ラインを終日新宿駅 - 大崎駅間で運休とし、直通先のりんかい線では臨時ダイヤも組まれた。これにより他の路線との乗り換え時間が大幅に短縮されることとなった。
1986年3月3日には、山手貨物線へ乗り入れ、新宿駅まで運行区間を延伸、新宿駅の貨物発着線にホームを1面(現:1・2番線ホーム)と引上線1線を新設、朝夕ラッシュ時は全列車新宿発着として、山手線の混雑緩和と池袋駅 - 新宿駅間の輸送力増強を図った。この新宿延伸は埼京線開業当時から予定されていたもので、開業前の1980年(昭和55年)から、新宿区や地元商工団体が通勤新線の延長を国鉄に求めていた。翌1981年(昭和56年)には渋谷区が渋谷駅まで、さらに翌年の1982年(昭和57年)には目黒区が恵比寿駅までの延長を要望した。いずれも山手貨物線を旅客転用して延伸する要望であったが、山手貨物線大崎駅 - 渋谷駅 - 新宿駅 - 池袋駅間旅客転用は、1980年(昭和55年)の運輸政策審議会答申第7号にも「昭和75年(2000年)までに整備することが適当」とされる路線に盛り込まれた。
2002年(平成14年)12月1日に大崎駅へ延長され、それと同時に天王洲アイル駅 - 大崎駅間を延伸開業した東京臨海高速鉄道りんかい線との相互直通運転を開始、それまで連絡がやや不便であった新宿・渋谷などと臨海副都心の間を、乗り換えなしで直結、新宿駅 - 東京テレポート駅間を約23分、渋谷駅 - 同駅間を約17分で結び、臨海部へのアクセスが大幅に向上した。当初の直通列車は、平日・土曜・休日共に1日46往復が設定され、りんかい線の70-000形が埼京線内へ姿を現すようになった。この際に、大崎駅はホーム2面が新設され、主に外側(5番線、8番線)を直通列車や湘南新宿ラインが、内側(6・7番線)を大崎始発列車が使用した。