奥羽本線
駅に変更された信号場は除く。
赤岩駅:2021年3月12日廃止、庭坂駅 - 板谷駅間
金谷信号場:1967年1月11日開設、1999年3月12日廃止、楯岡駅(現在の村山駅) - 袖崎駅間
鳥越信号場:1944年12月1日開設、1960年12月20日廃止、1968年9月25日旧信号場位置から0.5km新庄寄りに再開設、1999年3月12日廃止、舟形駅 - 新庄駅間
大清水信号場:2013年9月27日廃止、追分駅 - 大久保駅間
七座信号場:1971年8月5日廃止、二ツ井駅 - 前山駅間(ルート変更のため)
陸奥森山駅:1940年11月1日廃止、大鰐駅(現在の大鰐温泉駅) - 石川駅間
門外駅:1940年11月1日廃止、石川駅 - 大清水駅間
大清水駅:1940年11月1日廃止、門外駅 - 弘前駅間
和徳駅:1940年11月1日廃止、弘前駅 - 撫牛子駅間
豊蒔駅:1940年11月1日廃止、撫牛子駅 - 川部駅間
各年度の平均通過人員(人/日)は以下の通り。(福島 - 新庄間は山形新幹線、大曲 - 秋田間は秋田新幹線を含む。)
日本鉄道会社の青森駅から官営鉄道として奥羽北線、福島駅から奥羽南線として建設が開始され、1905年に全線が開業した。
蟹沢駅が山形寄りに0.6km移転してさくらんぼ東根駅に改称。楯岡駅が村山駅に改称。
2002年(平成14年)4月1日:山形駅 - 羽前千歳駅間の日本貨物鉄道の第二種鉄道事業が廃止。
2010年(平成22年)12月4日:青い森鉄道線八戸駅 - 青森駅間の開業に伴い、同線との直通運転が新青森駅 - 青森駅間で開始。
2012年(平成24年)12月1日:赤岩駅が冬季通過駅となる。
2013年(平成25年)9月27日:追分駅 - 大久保駅間の大清水信号場が廃止。
2014年(平成26年)4月1日:福島駅 - 新庄駅間が新設の仙台近郊区間となり、山形駅でICカード乗車券「Suica」サービス開始。
2015年(平成27年)3月14日:天童南駅が開業。
2017年(平成29年) 3月4日:赤岩駅が通年通過駅となる。実質的な最終営業日は2016年(平成28年)11月30日。 8月3日:秋田港に寄港するクルーズ客船の乗客の輸送のため、秋田港駅 - 秋田駅間に臨時旅客列車を6日まで運行(7月21日に、JR東日本に対し期間を限定した土崎駅 - 秋田港駅間の第二種鉄道事業が許可)。以後、2018年・2019年の4 - 11月にも運行。2022年の5 - 11月にも運行予定。
2018年(平成30年)12月27日:板谷駅 - 峠駅間のトンネル内 (約4.1 km)で、携帯電話不通区間が解消。
2020年(令和2年) 1月24日:赤岩駅 - 板谷駅間のトンネル内 (約5.9 km)で、携帯電話不通区間が解消。
山形・秋田県境の山間部および盆地を走る区間で、普通列車や快速列車のみが設定されているが、かつては他区間と同様に昼夜問わず優等列車が運転されていた。新庄駅 - 秋田駅間を直通する普通列車に加え、新庄駅 - 真室川駅間と院内駅・湯沢駅・横手駅 - 秋田駅間の区間列車が設定されており、新庄駅 - 湯沢駅 - 横手駅間は1 - 2時間に1本程度、横手駅 - 大曲駅間は1時間に1本程度運行されている。一部列車はワンマン運転を行っている。山形新幹線の終点である新庄駅と秋田新幹線の途中駅である大曲駅に挟まれた区間であり、両新幹線への乗り継ぎが便利なようにダイヤが組まれている。
全国花火競技大会時には、臨時普通列車「スターマイン号」が設定される。