千歳線
1987年(昭和62年)4月1日:国鉄分割民営化に伴い、北海道旅客鉄道(JR北海道)が第一種鉄道事業者として全線を承継。同時に、日本貨物鉄道(JR貨物)が沼ノ端駅間 - 白石駅間の第二種鉄道事業者となる。経路の表示を白石駅 - 沼ノ端駅間 (56.6 km) に変更。平和臨時乗降場が平和駅となる。
1988年(昭和63年) 2月27日:線内の千歳空港駅 - 島松駅間で高速運転試験を実施し、NN183系気動車を使用して153.5 km/hを記録、この数字は国内の気動車では最高速度記録である。 3月13日:ダイヤ改正により、快速「空港ライナー」を運行開始。 11月3日:函館本線の琴似駅 - 苗穂駅間における連続立体交差事業が完成。これに伴い、札幌駅 - 苗穂駅間が4線・複々線化(函館本線・千歳線)。
1990年(平成2年)7月1日:長都駅 - 恵庭駅間にサッポロビール庭園駅を新設。
1992年(平成4年) 6月:苫小牧駅 - 白石駅間でATS-SN使用開始。 7月1日:南千歳駅 - 新千歳空港駅間 (2.6 km) の支線が開業。同区間に新千歳空港駅を新設。千歳空港駅が南千歳駅に改称。ダイヤ改正により、快速「空港ライナー」を快速「エアポート」に改称。「ライラック」の室蘭駅 - 札幌駅間は「すずらん」に分離。
1994年(平成6年) 3月1日:特急「スーパー北斗」の運行開始に伴い、沼ノ端駅 - 白石駅間の最高速度が130 km/hに引き上げられる。
1980年(昭和55年)10月1日には全線が電化(交流20,000 V・50 Hz)と千歳空港駅(現在の南千歳駅)の開設が行われ、札幌都市圏の重要な通勤路線や札幌市内から千歳飛行場(旧千歳空港)へのアクセスルートとして、列車の増発や所要時間短縮などの輸送力増強が進められた。
1981年(昭和56年)10月1日に石勝線が開業。千歳空港駅(現・南千歳駅)で千歳線と接続し、札幌方面と新得・帯広・釧路方面を短絡するルートとなった。従来の根室本線優等列車の多くは札幌から函館本線を北上し、滝川から根室本線を南下して新得に至っていたが、それらほとんどが千歳線経由で石勝線に入って新得に向かうようになり、道東方面への幹線としての性格も併せ持つようになった。
1986年(昭和61年)11月1日に函館本線長万部駅 - 小樽駅間の山線から定期の優等列車(特急・急行)が全廃されて以降は、札幌方面と函館方面を結ぶ唯一の幹線ルートとして、特急「北斗」や寝台特急・夜行急行・高速貨物列車などが頻繁に運行され、線路の強化や高速化などが実施されている。
1987年(昭和62年)4月1日の国鉄分割民営化に伴い、当路線は北海道旅客鉄道(JR北海道)へと承継された。1992年(平成4年)7月1日には、同日に供用を開始した新千歳空港ターミナルビルの地下へ乗り入れる単線の支線(空港線)が開業した。
2017年(平成29年)5月15日のJR北海道の公式発表によると、輸送量増に対して新札幌駅・千歳駅の耐震基準が1970年(昭和45年)以前の適用基準であるため、また新札幌駅ではコンクリート片が落下する事象が発生しているため、2017年度から2021年度にかけて高架橋の耐震工事の実施が予定されている。