美祢線
平均通過人員 1987年度:1,741人/日 2013年度:579人/日 2014年度:550人/日 2015年度:574人/日 2016年度:562人/日 2017年度:636人/日 2018年度:541人/日 2019年度:478人/日
蒸気機関車 - 1972年2月末で無煙化 3300形(厚狭機関庫所属) 8550形(厚狭機関庫所属) 8620形(正明市機関庫所属) 9600形(正明市機関庫所属) D51形(厚狭機関区所属) C58形(正明市機関区所属)
ディーゼル機関車 DD51形(主に貨物列車用) DE10形 DE11形
気動車 キハ23系 キハ30系 キハ58系(急行「あきよし」「さんべ」)
貨車 タキ1100形
2023年6月30日から7月1日にかけて西日本にて発生した大雨の影響で、四郎ケ原駅 - 南大嶺駅間に架かる第6厚狭川橋梁が崩落し、全線が不通となった。7月3日、山口県知事の村岡嗣政が美祢線の線路の崩落現場を視察し、存続の必要性を訴えていく考えを示した。同日、JR西日本は、不通になっている当線の厚狭駅 - 長門市駅間と山陰本線の長門市駅 - 小串駅間について、4日から当面の間代行バスを運行すると発表した。
同年9月19日、JR西日本広島支社は山陰本線・美祢線の被災状況を公表し、美祢線については湯ノ峠駅 - 長門湯本駅間37kmの区間で盛り土流失など18カ所、崩土流入・堆積など43カ所、橋梁変状など9カ所、電気設備など7カ所の計80カ所の被災があったことを明らかにし、「被災原因の多くが厚狭川の水位上昇、氾濫によるもの」とした。そのうえで2010年の豪雨災害も厚狭川の氾濫に起因するものであったとして、「橋梁だけでなく、河川管理者(の県)は、厚狭川全体の防災強度(向上)に向けた河川改修を検討する必要がある。(JR西としても)河川改修に対応すると共に、関係自治体と地域交通における美祢線の役割について議論していかなければならない」との認識を示し、復旧時期や被害額には言及しなかった。
厚狭駅 - 南大嶺駅 - 大嶺駅間は、大嶺炭田から産出される石炭を運ぶために山陽鉄道が1905年(明治38年)に開業させた。背景には日露戦争の開戦に伴い、徳山市にあった海軍燃料廠へ石炭を運ぶ必要が生じ、海軍大臣山本権兵衛が山陽鉄道に建設を命じたものであった。突貫工事により1年間で鉄道は完成したが、完成前に戦争は終わっていた。翌年国有化され大嶺線となった。
南大嶺駅 - 重安駅間は、美祢軽便鉄道により1916年(大正5年)に開業した。1920年(大正9年)に国有化され美禰軽便線となり、1922年(大正11年)に美禰線となった。
重安駅 - 長門市駅間は、国鉄線として延伸された区間である。正明市(現在の長門市)駅までは1924年に開通した。その後、美禰線として東は宇田郷駅、西は阿川駅、北は仙崎駅まで延伸されるが、1933年(昭和8年)に正明市駅から先は山陰本線に編入された。なお、美祢線の表記となったのは1963年(昭和38年)のことである。
美祢線に編入後、大嶺支線と呼ばれていた南大嶺 - 大嶺間は1997年(平成9年)に廃止された。