西武西武園線
9000系 - 多摩湖線用のワンマン改造車両が運用されるが、通常通り車掌が乗務する。新101系は2019年3月16日ダイヤ改正より東村山駅付近周辺の高架化工事進捗に伴い正式に定期運用が復活していたが、2020年3月14日ダイヤ改正以降は編成数減少により時折運用に入るのみである。同年11月以降、多摩湖線用9000系4両編成も入線するようになった。
2000系・新2000系 - 現在の主力車両。基本的に新2000系4連が往復運用に使用される。2019年3月16日から2020年3月13日までは、原則として初電から午前中まで運用していたが、新101系ワンマン車が多摩川線車両との交換・甲種輸送牽引対応などで使用する車両が不足されると予想される場合、同じ編成が終電まで運用された。
かつては、主に101系のほか国分寺線などからの直通列車として401系・701系・3000系・新101系などが運用されていた時期があった。
新101系
2000系
西武園線臨時快速急行に充当された401系
その後、「東村山文化園」内へ村山競輪場(現在の西武園競輪場)が開設されることになった。当初競輪場の計画は「東村山文化園」構想には存在しなかったが、この頃各地で競輪が大量の観客を動員し、また地方自治体も財源として開催地を求めていたため、これに乗る形で競輪場建設を組み込んだ。そして交通路確保のため、既存の路線の途中に野口信号所を設けて競輪場のそばへ向かう支線を敷設、西武園駅を開業させた。
競輪開催時のみに営業する臨時駅でしかなかった西武園駅を、やがて会社は「東村山文化園」構想の担い手として重要視するようになった。一方、従来の終点である村山貯水池駅は、半ばライバル会社に負けまいとして開業させた駅であり、そのライバル会社同士が同じ西武鉄道となっていることを考えれば全くの無駄である。また西武園方面と村山貯水池方面で両方列車を運転すると野口信号所がトラブルを起こす点でも望ましくないとして、西武園駅に統合して常設駅化という話が起こった。
これに地元である東村山町(現在の東村山市)の町長も賛同し、1951年3月1日をもって野口信号所 - 村山貯水池間は廃止され、村山貯水池駅は西武園駅に統合されるという形で廃駅となった。同時に西武園駅は常設駅とされ、現在の路線ができた。
路線名称の改正が行われた翌1952年3月25日、この区間が村山線から分離され、現在のように独立した路線となった。
村山貯水池(多摩湖)周辺に展開する鉄道路線・駅の変遷