豊肥本線
山あいの過疎地を走るために駅間距離が他より長く、利用者が少ない。運転本数もこの区間の通し列車が1日5往復、豊後荻駅発豊後竹田駅行きの区間列車下り1本のみで、3 - 5時間ほど運転間隔が開く時間帯がある。この区間はワンマン運転対応のキハ220形・キハ125形気動車などによる単行(1両編成)運転が行われている。
ここは外輪山が1か所だけ途切れて低くなった場所で、阿蘇カルデラ内と熊本平野をつなぐ白川も道路も鉄道もここを通ることとなる。ここで鉄道は有名なスイッチバックで標高を稼いでカルデラ内に入る。熊本駅から立野駅に到着した気動車の運転士は、ホームの上を歩いて反対側の運転席に行き逆向きに発車する。しばらく坂を登って停止すると、今度は車内を歩いて元の運転台に戻り、再び初めと同じ進行方向で発車する。2021年に開通した新阿蘇大橋が見えてくると白川の渓流に接近する。2016年4月16日に発生した熊本地震(本震)の際、山の斜面大きく崩れた現場に差し掛かると反対側に崩落したままの旧・阿蘇大橋が車窓から見える。やがて列車は阿蘇カルデラ内の平原(阿蘇谷)に入る。
阿蘇谷を走る間、右には阿蘇の火山群、左には広い田圃の向こうに長大な崖のようにそびえ立つ北側外輪山を見ることができる。宮地駅近くには肥後国一宮の阿蘇神社があるが、このあたりが火山群が最も良く見える。宮地駅を出ると列車は左右に大きくカーブしながら東側外輪山を登ってゆく。いくつかの長めのトンネルを抜けて、一瞬左手に広大な阿蘇谷を見渡せるが、すぐに豊肥本線の最高点である坂の上トンネル(延長2,886m)に入る。ここまでひたすら登り続けてきた豊肥本線は分水嶺を越え、ここから下り始める。緩やかに波打つ高原を左右に細かくカーブしながら下ってゆくが、この周辺は9万年前に阿蘇山が大噴火した時に火砕流に覆い尽くされた一帯(火砕流台地)である。
この区間は、1999年に熊本国体(くまもと未来国体)に合わせて電化された。2両編成の815系・817系、3両編成の821系電車により昼間は1時間あたり3本程度の普通列車が運転されている。また、早朝と朝の通勤時間帯および深夜には熊本駅 - 光の森駅間の区間運転列車も設定されている。平日の朝ラッシュ時は約10分間隔で運転されるが、それでも混雑するため815系・817系では4両編成での運転も行われる。このほか、鹿児島本線との直通列車も少数ながら設定されており、鳥栖駅・大牟田駅・玉名駅・八代駅 - 光の森駅・肥後大津駅間で運行されている(鹿児島本線上り玉名・大牟田方面への直通列車の設定は休日の2本のみ)。九州新幹線との接続を考慮して、始発は5時台、終電は0時台になっている。0時台の終電は新幹線全線開業後に新設された。
熊本都市圏の人口の多い区間のため、終日にわたって利用が多い。
2011年3月12日の九州新幹線(鹿児島ルート)全面開通後、後述の特急「有明」の豊肥本線内での運行が廃止されるのに伴い新たに快速列車「豊肥ライナー」が熊本駅 - 肥後大津駅間に設定された。停車駅は特急「有明」と同じく新水前寺駅・水前寺駅・武蔵塚駅・光の森駅となっていた。肥後大津駅発3本、光の森駅発3本、肥後大津駅行き3本、光の森駅行き4本の計13本が10時台から16時台にかけて運行されていた。しかし、2013年3月16日のダイヤ改正をもって豊肥ライナーの愛称は廃止され、各駅停車の普通列車となった。
電化区間で使用される815系電車
非電化区間で使用されるキハ200形気動車
説明の都合上、この節では熊本駅から大分駅の方向に説明する。
熊本駅から肥後大津駅までは電化区間で、政令指定都市である熊本市をはじめとする熊本都市圏の通勤・通学路線となっており、沿線には学校や、光の森を始めとした新興住宅地が多くあるため、鹿児島本線熊本口よりも豊肥本線熊本口の方が運行本数も利用者も多くなっている。朝の通勤時間帯は10分間隔で運行され、4両編成で運転される列車もある。夕方も高校生や通勤客で利用が多いが、朝のように4両編成で運転される列車はなく、いずれの時間帯も新水前寺駅 - 光の森駅間は特に混雑が激しい。熊本駅は2015年3月に一部高架化され、高架化が完成した2018年3月より、豊肥本線の列車の発着も高架ホームに移動した。鹿児島本線と分かれたあと白川を越えると、住宅地が広がる。また、熊本駅よりも市街地により近く、東部地区へ近いことから同じ熊本市電と連絡する駅であっても新水前寺駅を利用する人が多くいる(利用者数は4,200人程度で県内第2位)こともあり、熊本駅の利用者はあまり多くない。再び白川を越えた後、武蔵塚駅付近からは加藤清正が整備した杉並木の街道と併走する。光の森駅を過ぎるとやがて肥後大津駅に到着する。この駅からは、熊本空港への無料乗合連絡タクシーが出ている。
肥後大津駅から先は非電化となり、阿蘇外輪山に向かってゆく。右下に阿蘇から有明海に流れ下る白川を見下ろすようになると立野駅。