常磐線
この区間は一部で施設が浸水したほか、原発事故当初、沿線の広野町内は全域が緊急時避難準備区域、楢葉町内の大半が警戒区域(再編後は避難指示解除準備区域)となった。
警戒区域に含まれなかった久ノ浜 - 広野間は2011年(平成23年)8月1日から運転再開前日まではバス代行を実施し、広野駅へ仮設ホームを設置した上で同年10月10日に運行を再開した。なお、広野町の緊急時避難準備区域は運行再開前の同年9月30日に解除されている。仮設ホームは竜田までの復旧後に撤去された。2018年には、広野駅の駅前広場が完成した。
2014年(平成26年)6月1日には楢葉町の帰町判断に合わせ、除染・復旧が完了した広野 - 竜田間で、避難指示解除準備区域(当時)としては初の鉄道営業を再開している。列車は基本的に従来の広野行きを一部延長する形で運転された。竜田駅では副本線である3番線を使用し、2・3番線と1番線の間の線路には上下本線をまたぐ仮設の足場が設置されていたが、富岡駅までの復旧に伴いこの足場は撤去されている。なお、楢葉町内の避難指示は2015年(平成27年)9月5日に解除された。その後、2020年(令和2年)6月には竜田駅の新駅舎が完成した。
仮設ホームが設置された広野駅(2012年3月20日)
広野駅ホームから当時休止中の仙台方を望む 休止区間手前には架線死区間標識が設置されている(2012年3月20日)
竜田駅2・3番線と1番線を結ぶ仮設の足場。現在は撤去された。(2017年1月4日)
被害が比較的甚大であった取手駅以北の区間においては翌日以降も不通となったが、2011年(平成23年)5月14日までに上野 - 日暮里 - 久ノ浜間、亘理 - 岩沼 - 仙台間で列車の運行を再開した。その他の区間も順次復旧が進められ、2020年(令和2年)3月14日に全線で運転を再開した。
特急「フレッシュひたち」に充当され、E657系投入により2013年3月15日限りで定期運行を終了した。定期運用離脱後は団体・臨時列車で運用されたのち、基本編成(7両編成)は、2013年秋から羽越本線の特急「いなほ」に、付属編成(4両編成)は2015年3月14日に信越本線に新設された特急「しらゆき」に転用され、新潟車両センターへ転属した。
2018年に新潟車両センターから「いなほ」用の1000番台に改造された基本編成1本が国鉄特急色に塗装変更のうえ再転入した。当該編成は臨時列車や波動用に使用される。
この区間は大半が原発事故後に警戒区域とされたことから詳しい被害調査ができず、富岡駅の津波による流失、大野駅の駅舎一部損壊や大野駅 - 双葉駅間の第一前田川橋梁上り線の崩壊の被害などが確認されている程度だったが、2015年(平成27年)2月までに全ての被害調査が完了した。いずれの区間も開通には復旧工事及び除染等による放射線量低減が必要とされており、復旧時に除染が行われている(後述)。
代行輸送は、並行する国道6号も許可車両以外の通行が規制されたため行われていなかったが、2014年(平成26年)9月15日からは自動車のみ自由通行が可能となったこともあり、2015年(平成27年)1月31日には 竜田 - 原ノ町間にてバス2往復による代行輸送を開始している。当初途中停車地は設定されなかったが、2016年(平成28年)7月12日に小高 - 原ノ町間の運転が再開されたことを受け、運行区間は竜田 - 原ノ町のまま、小高駅のみ停車を開始した。2017年(平成29年)2月1日から浪江駅に、同年2月16日からは富岡駅にもそれぞれ追加で停車を開始している。
浪江 - 小高間が復旧した2017年(平成29年)4月1日以降、代行バスは以下のように運転系統の再編が行われ、同日避難指示が解除された竜田 - 富岡間で増発し、竜田駅発着の全列車と接続した。
竜田 - 富岡間...9往復/日
竜田 - 浪江間(富岡停車)...下り1本・上り2本/日
竜田 - 原ノ町間(富岡、浪江、小高停車)...下り1本/日
2017年(平成29年)10月21日の竜田 - 富岡間の復旧時には同区間の代行輸送を終了し、以下のように再編された。
富岡 - 浪江間(途中停車なし)...
1989年運行開始だが、そのルーツは国鉄時代より運行されていた土浦駅 - 勝田駅間を通過運転する普通列車であった。1989年の時点では平日夜の下りと平日朝の上りに1本ずつ設定されていた。当時は上野駅 - 土浦駅間の普通停車駅と石岡・友部・水戸からの各駅に停車していた。1990年には夜の下り列車が休日にも設定され、停車駅が上野駅 - 取手駅間の普通停車駅と牛久・土浦・石岡・友部・水戸に変更された。1991年には従来の停車タイプに加え、さらに停車駅を減らして上野・日暮里・松戸・柏・取手・牛久・土浦・石岡・友部・水戸からの各駅が停車駅となるタイプが設定された。同時に、1990年に停車駅が変更された前述の夜の下り列車は、停車駅が上野駅 - 土浦駅間の普通停車駅と神立・石岡・友部・水戸に変更された。同年には上野駅 - 土浦駅間で普通停車駅に停車する通勤快速は快速に変更された。後に通勤快速は土浦駅以北は各駅停車に変更された。
名称については、茨城県の旧国名(令制国名)である常陸(ひたち)と福島県の旧国名である磐城(いわき)の頭文字を合わせたものである。なお、磐城国は明治令制国(戊辰戦争後の令制国)である。
この経緯に由来して、茨城県と福島県浜通りの県境に当たる勿来近辺(北茨城市からいわき市の南半分)は「常磐地区」と呼ばれることもあり、1954年から1966年のいわき市成立までは、湯本温泉周辺を中心とする常磐市(じょうばんし)が存在していた。また、水戸市では常磐町・常磐大学・常磐神社といった、同じ字で「ときわ」と読む地名や施設なども存在する。「ときわ」は、常磐線でもかつて急行列車の愛称として使用され、特急「ひたち」への統一後も茨城県北部から福島県浜通りの沿線の観光キャンペーンや茨城県内に有効なフリーきっぷの名称として「ときわ路」が使用されている。なお、列車愛称の「ときわ」は2015年3月14日のダイヤ改正で特急列車として復活したが、大半は以前の急行同様茨城県内発着の列車となる。
常磐線の旧国名と駅の関係は次の通りである。
常陸:茨城県・龍ケ崎市駅 - 同・大津港駅 (133.2 km)
磐城:福島県・勿来駅 - 宮城県・逢隈駅 (154.6 km)
品川駅・上野駅 - 土浦駅間は東京への通勤圏に含まれるため運行本数が比較的多い。日中時間帯は1時間に3本運行されている。土浦駅 - 勝田駅間(一部水戸駅発着)は朝の上りを除き1時間に2 - 3本の運行である。このほか、友部駅 - 勝田駅間では水戸線との直通列車も設定されており、ワンマン運転を行なっている。
原則としてE531系10両または15両編成(グリーン車連結:15両編成は品川駅・上野駅 - 土浦駅間のみ)での運転となり、130km/hでの運転が行われている。このほか、土浦駅 - 水戸駅・勝田駅間や水戸線直通の系統では、E531系付属編成のみでの運転があり、前述の通り水戸線直通にはワンマン運転に対応した車両の限定運用となる。
2017年10月14日の改正で、品川駅乗り入れ列車の増発および15両編成列車の増加(品川駅発着列車は全て15両編成化)が行われた。
2022年3月12日のダイヤ改正では、日中時間帯に土浦駅での系統分離や品川駅直通列車の増加が行われた。また、2017年10月改正で消滅した10両編成の品川駅発着列車が復活している。
特別快速
2005年8月24日に開業した首都圏新都市鉄道つくばエクスプレスへの対策として、開業前の同年7月9日に行われた常磐線単独のダイヤ改正で新設された種別である。
11月:富岡 - 浪江の復旧工事終了。 12月18日:富岡 - 浪江間で試運転開始。
2020年(令和2年)3月14日:最後まで不通であった富岡 - 浪江間が復旧し、全線で運転を再開。大野 - 双葉間単線化。品川・上野 - 仙台間直通の特急列車の運転再開。佐貫駅を龍ケ崎市駅に改称。Jヴィレッジ駅を常設化。いわき - 浪江間が東京近郊区間に、小高 - 原ノ町間が仙台近郊区間に組み込まれ、同時にSuica利用エリアも拡大。
2021年(令和3年)3月13日:綾瀬駅 - 取手駅間の緩行線にJR東日本の首都圏在来線では初となる自動列車運転装置(ATO)を導入。
2022年(令和4年) 3月12日:日中の上野東京ライン常磐線直通列車が1時間あたり3本に増発。日中時間帯は品川・上野方面と水戸方面との直通列車の運転を土浦駅で分離。それに伴い土浦駅での上野方面と水戸方面との列車は同一ホームでの接続となる。同時に、特別快速が上りは土浦 - 品川間の9時台・10時台の2本、下りは品川 - 土浦間の15時台・16時台の2本に減便、日中の特別快速の運転がなくなる。 3月16日:福島県沖地震の影響で、相馬市の日立木駅でホームの一部の損傷や、南相馬市の鹿島 - 原ノ町間では、橋の一部が土台から数十センチずれる被害などが確認。広野 - 岩沼間が運転見合わせとなる。 3月18日:山下 - 岩沼間で運転を再開 3月21日:広野 - 富岡間、新地 - 山下間で運転を再開。 3月22日:富岡 - 原ノ町間で運転を再開。 3月24日:原ノ町 - 新地間で運転を再開し、全線で運転再開。
2023年(令和5年) 3月18日:水戸 - いわき間でE531系付属編成によるワンマン運転を開始。
水郡線に直通する急行「ときわ」「奥久慈」に使用された。1985年3月14日ダイヤ改正で急行が廃止された後は、同年3月17日 - 9月16日に開催された科学万博のアクセス列車「エキスポライナー」にも用いられた。