東武東上本線
4 km 元は入間川砂利株式会社が建設した専用鉄道、軌間762mmの軽便線。1920年(大正9年)7月20日全通。1923年(大正12年)県営砂利事業開始のために埼玉県に譲渡された。1957年(昭和32年)(推定)廃止。
東武高坂構外側線(日本セメント東松山専用鉄道高本線・秩父鉱業東松山鉱業所専用線):高坂 - 葛袋 - 高本間 5.5 km 高坂構外側線跡(現存しない) 貨物専用線。1955年(昭和30年)10月に開通。後年電化されたが、1984年(昭和59年)8月1日全線廃止された。関越自動車道の高坂SA - 東松山IC間にかかる架線柱の残された橋が残存していたが、2013年(平成25年)6月3日から4日にかけて撤去された。
東武根古屋線:小川町 - 大河 - 槻川 - 根古屋間 4.3 km 石灰石運搬用の貨物線。1926年(大正15年)9月5日開通、1967年(昭和42年)4月1日廃止。
フライング東上
1949年から1967年まで、春と秋の行楽シーズンの休日に行楽列車「フライング東上」 が、池袋駅 - 寄居駅間(秩父鉄道線に直通運転していた時は長瀞駅まで運転)で運行されていた。
この愛称はイギリス国鉄(当時)の「フライング・スコッツマン」にあやかったもので、運行開始当初は無料特急として運行された。
「フライングカー」と呼ばれた専用車両は、深紅の塗装(後に黄色の帯が入れられた)で専用のヘッドマークも用意されたほか、音楽を流す放送装置を備えていたため「ミュージックカー」とも称していた。その後、濃い青に黄色の帯の塗装に変更され、程なく日光線の特急で使用された5310系(デハ10系)を使用した。
1954年に特急料金を導入したが、あまり乗車率は良くなく、1956年頃を境に特急料金は廃止され、無料の乗車座席整理券を配布する方式になった。さらに1962年には伊勢崎線急行増発のために5310系は本線へ異動になり、急行に格下げされた末期は8000系などの通勤形電車での運行となった。
2015年11月28日から、東上線全線開通90周年記念として50090系(10両 51092編成)・8000系(4両 8198編成)のそれぞれ1編成ずつを「フライング東上」専用車両使用当時の濃い青と黄帯のカラーとし、当時のヘッドマークを模したヘッドマークを付けて運行していたが、50090系のリバイバルカラー編成は2019年2月12日から川越特急の運行開始を記念する「池袋・川越アートトレイン」に使用されるため 2019年2月7日をもって終了した。
行楽急行・特急
行楽急行として運行開始されたが、1971年の急行設定に伴い、種別を「特急」に変更した。
森林公園駅・川越市駅・志木駅 - 有楽町線新木場駅またはみなとみらい線元町・中華街駅及び相鉄線方面にも直通する。有楽町線直通列車は全列車が東上線内で「普通」・有楽町線内で「各停(各駅停車)」として全区間各駅に停車する列車のみが運転され、副都心線直通列車日中は相鉄方面中心、朝夕時間帯は元町・中華街発着中心運転。8両編成は2013年ダイヤ改正以降は平日の朝と夕以降に設定されており土休日は設定されていない(副都心線から直通する8両は志木駅で必ず折り返す) 有楽町線直通 日中は新木場駅 - 川越市駅間で1時間に2本(30分間隔)運転。志木駅(上り)で急行に接続。下り列車は和光市駅から川越市駅までは先着列車になる 2008年6月のダイヤ改正で副都心線が開業したことにより、日中の新木場駅 - 川越市駅間は1時間に4本から2本に減便、新線池袋駅 - 志木駅間(1時間に2本)は副都心線渋谷駅発着に置き換えられた。また、有楽町線内の種別に準急が新設されたことにより、有楽町線内「準急」の列車が東上線(東上線内各駅停車)に直通運転していた(平日は有楽町線 → 東上本線の1本のみ、土休日は朝の東上本線 → 有楽町線3本と夕方以降の5往復のみ)。しかし、同年11月のダイヤ改正で有楽町線内「準急」の東上線直通列車が廃止され、すべて有楽町線内各駅停車に置き換えられた。
2011年3月11日の発生当日は、即日で運行停止を決め、駅のシャッターを閉めた。なお西武池袋線、都営三田線は共に同3月11日21時過ぎに運転を再開し、他の私鉄も深夜には運転を再開した。
東上線は翌3月12日の朝5時54分に池袋駅 - ふじみ野駅間で運行を再開した。同日7時までに全線で運行を再開した。
東武東上線沿線にある観光地川越で、毎年10月に開催される「川越まつり」に合わせて、2018年10月20日・21日に池袋駅 - 川越市駅間で、初めて運転された。停車駅は、下りは池袋駅・川越駅・川越市駅で、上りは快速急行と同じ停車駅である。
終日設定されている。シンボルカラーは緑■(2013年3月のダイヤ改正までは青■)、英文表記は「Semi Express」または「Semi Exp.」。運行区間は朝夕が全区間、日中が池袋駅 - 川越市駅間(通過運転区間が池袋駅 - 成増駅間のため地下鉄線直通区間の普通と停車駅に差がなく、有楽町線・副都心線直通の設定はない)。2023年3月18日のダイヤ改正より上板橋駅が停車駅に追加された。
日中は1時間に4本運転。ふじみ野で快速急行の通過待ちのパターンとふじみ野で急行、和光市駅で元町・中華街発着との接続の2パターンある。夕方時間帯に、ふじみ野駅で急行と快速急行(またはTJライナー)の計2本を待ち合わせる列車や平日に志木でTJライナーの通過待ちを行う列車がある。朝時間帯には志木または上板橋にてTJライナーの通過待ちを行う上り列車や、休日の午前中には上板橋で川越特急の通過待ちを行う下り列車が存在する。
2008年6月13日まで、朝が8 - 10分間隔、日中が15分間隔、夕方が12分間隔、早朝と深夜が5 - 22分間隔だった。また、急行列車の運転時間帯はふじみ野駅で、後発の急行に待避接続するダイヤ設定であったが、翌14日のダイヤ改正以後、日中は1時間に4本から3本に減便されたため、志木駅 - 川越駅間の急行通過駅では減便となった。また、ふじみ野駅での緩急接続もなくなった。
2011年3月のダイヤ改正より、日中はおおむね20分間隔での運転となり、このうち下り列車は、成増駅で急行と緩急接続をする列車・ふじみ野駅で急行と緩急接続をする列車・川越市駅まで先着する列車がそれぞれ1本ずつであり、上り列車は、ふじみ野駅で急行の待ち合わせをする列車が2本・池袋駅まで先着する列車が1本であった。
かつて、池袋発着の列車にも8両編成列車があったが、2008年6月14日のダイヤ改正で10両編成に統一された。一方、同改正前は東京地下鉄の全編成が10両であったが、改定後は副都心線直通列車に再編成された東京地下鉄7000系および10000系、さらに2013年3月16日のダイヤ改正からは東急5000系・5050系と横浜高速Y500系の8両編成が志木 - 和光市間で運行されるようになった。この改正で廃止された土休日の志木発着の列車は2023年ダイヤ改正で復活する。但し8両編成は従来通り平日朝夕のみとなる。
また東横線・みなとみらい線への乗り入れ開始により、東横線と東京メトロ日比谷線との乗換駅である中目黒駅では、東上線からの直通用車両(9000系・9050系・50070系)が伊勢崎線(東武スカイツリーライン)・日光線からの日比谷線直通用車両(70000系)と同一ホームで並ぶ光景が見られるようになった。
普通列車は全駅に停車する(表中省略)。
有楽町線に直通する列車は和光市駅 - 森林公園駅間の各駅に停車。副都心線・東急東横線・みなとみらい線・東急新横浜線・相鉄線に直通する列車には、東上線内急行あるいは快速急行(愛称:Fライナー)で運転する列車がある。
上りTJライナーは、池袋駅以外の停車駅では乗車扱いのみとなり、降車はできない。
当線の駅番号(駅ナンバリング)は2012年3月17日導入。2020年10月31日のみなみ寄居駅開業時に男衾駅 - 寄居駅の駅番号を変更した。
接続路線の ( ) 内の英数字はその路線での駅番号を表す。