東急玉川線
東京都多摩市に移転する前の東急自動車学校があった場所)を瀬田河原に開設し、二子多摩川の兵庫島、久地の梅林、二子の桃林などとあわせて、玉川線・溝ノ口線を都心部からの行楽輸送の足としても機能させている。
玉川線の支線として開設された下高井戸線の三軒茶屋 - 下高井戸間は、渋谷 - 下高井戸間で直通運転がなされた。溝ノ口線は、1943年(昭和18年)、溝口周辺の軍需工場関連輸送に対応する輸送力を確保するために狭軌に改軌の上、大井町から二子玉川園に至っていた鉄道線である大井町線に編入され、二子橋の併用軌道の上を大井町線の電車が走り溝ノ口まで乗り入れるようになった。天現寺橋線は、戦前は渋谷でレールがつながり直通運転されていた時期もあったが、玉電ビルディング(のちの東急百貨店東横店西館)の建設に伴い分断され、東京市電への運営委託を経て、1948年(昭和23年)に東京都に譲渡された。
1969年(昭和44年)5月11日、玉川通り(国道246号)上への首都高速3号渋谷線の建設、営団地下鉄銀座線と接続する地下鉄(のちの新玉川線、2000年8月以降の田園都市線渋谷 - 二子玉川間)建設の計画等により、下高井戸線を除いて、玉川線、砧線は全線廃止された。玉川線・砧線の廃止後、同区間の代替交通として代行バスが運行された(後述)。
下高井戸線三軒茶屋 - 下高井戸間は廃止されずに世田谷線と名を改め、2023年現在、東急電鉄唯一の軌道線として存続している。
のち1957年(昭和32年)3月26日ハチ公口にあった都電青山線の渋谷駅前電停がこの隣接地に都電天現寺橋線共々移設してターミナルを形成。都電廃止後は東口都バス乗り場となっていたが、再開発に伴い東横線渋谷駅跡共にビルが建設されている。また山手線のガード跡は長らく東急百貨店東横店西館と東館を結ぶ連絡通路となっていた。
1938年(昭和13年)、両路線は東京市電に運営が委託され、1948年(昭和23年)に東京都に譲渡された。東京都譲渡後は、天現寺橋 - 渋谷橋 - 中目黒間が8系統(築地始発)、天現寺橋 - 渋谷橋 - 渋谷駅前間が34系統(金杉橋始発)として運行された。その後都電撤去計画により、渋谷橋 - 中目黒間は1967年(昭和42年)12月9日、天現寺橋 - 渋谷橋 - 渋谷駅前間は1969年(昭和44年)10月25日にそれぞれ廃止されている。
車庫は大橋に設けられ、渡り線は大橋、三軒茶屋、玉電中里、駒沢、用賀に設けられた。用賀にも車両基地予定地が存在し、第二次世界大戦末期には空襲に備え大橋車庫の車両の一部が疎開していた。また、最後の新型車両150型の入線もここの引き込み線から行われた。大橋車庫では当初、電気供給事業も行っていた。大橋車庫はのち東急バス大橋営業所に転用され、現在は首都高速道路大橋ジャンクションになっている。二子玉川園の駅にあった留置線は玉川髙島屋用地となった。用賀の玉川線車両基地予定地は、玉川線の廃止後に一時新玉川線構想(銀座線延伸案)の車庫として構想されたこともあったが転用されることなく、久しく空き地であった。新玉川線の起工式は1964年(昭和39年)2月、ここで行われた。1993年、この用地に世田谷ビジネススクエアが竣工した。
玉電(玉川線)は、1896年(明治29年)、玉川砂利電気鉄道により、二子多摩川付近の砂利を東京都心に輸送することを主目的として、東京市麹町区の三宅坂と玉川の間の路線開設が出願されたことを起源とする。1902年(明治35年)に渋谷 - 玉川間の軌道敷設が許されると、1903年(明治36年)玉川電気鉄道が設立され、1907年(明治40年)、玉川電気鉄道の手により渋谷 - 玉川間が開業した。
玉川から運んできた砂利を都心に輸送するため、渋谷では、都心に線路を伸ばしていた東京市電と軌道が接続され、渋谷には砂利運搬車両の留置線も設置された。1922年(大正11年)、玉川電気鉄道により渋谷 - 渋谷橋の間に天現寺橋線が開通すると、玉川線と天現寺橋線は直通運転された。 1924年(大正13年)には玉川 - 砧(のちの砧本村)間に砧線が開業し、二子橋の上流にあたる大蔵付近(東京府北多摩郡砧村)の砂利の輸送を開始した。このように、砂利輸送を主目的とした性格から「ジャリ電」と呼ばれることもあった。関東大震災後の市内復興に際し、それまでの木材にに替わる新しい建築材料であるコンクリートの原料となる砂利運搬には威力を発揮した。
玉川電気鉄道は路線を拡張してゆく。1925年(大正14年)、三軒茶屋 - 下高井戸間に下高井戸線(のちの世田谷線)を開業。1927年(昭和2年)には天現寺橋線渋谷橋より中目黒に至る中目黒線、玉川 - 溝ノ口間に溝ノ口線を開業した。
その後は地下鉄建設計画の推移もあって車両更新が進まず、東横線デハ7000形の米国バッド社ライセンスによるオールステンレス車体技法を取り入れた鋼製車デハ150形4両が新造されるにとどまった。
行先標は横長の物が正面中央に付けられ、本線系統は白地に黒文字で「渋谷」「二子玉川」など、支線系統は赤地に白抜き文字で「渋谷」「下高井戸」などと書かれていた。なお、行先標は後に起終点を矢印で結んだものに変更された。また150形は行先標の代わりに同様の方向幕が上部に付いていた。
2両連結の場合、1967年(昭和42年)より合理化の一環としてデハ70・80・150・200形の4形式について「連結2人のり」の標識が車外に取り付けられ、乗客は車両の前・最後部で乗車し、各車中央、連結寄り扉で降車するように改められた。乗務員は運転士(1両目)と車掌(2両目)だけであった。この方式は現在も世田谷線で実施されている。