仙山線
仙山線の建設は1926年(大正15年)4月に宮城県側から始まった。1929年(昭和4年)に仙山東線(せんざんとうせん)として仙台駅 - 愛子駅間が開業し、1931年(昭和6年)には作並駅まで路線が延びた。この区間においては仙台市北部の新設駅の場所を巡って論争が起きた。また、この間、濱口内閣によって熊ヶ根、奥新川、山形の各工区の工事が中止させられるという一幕があった。
仙台側の鉄路の敷設が進む一方で、鉄道の経路に論争があった山形側の着工は遅れた。鉄道省は、東村山郡千歳村長町において奥羽本線から分岐する形で仙山線を建設する計画を立てていた。しかし、山形には山形市街地東部を経由する形で仙山線の建設を望む声があり、千歳での分岐が決定的になった後も、線路の東側迂回および駅の設置の要望がくすぶり続けた。その一方でこれに反対する意見もあった。この問題は解決を見ぬまま、1931年(昭和6年)に山形市会から鉄道省に一任された。1932年(昭和7年)に千歳から楯山と山寺を経由して仙台側へ路線を建設することが決まり、この年の9月に工事が始まった。そして、1933年(昭和8年)に仙山西線(せんざんさいせん)として羽前千歳駅 - 山寺駅間が開業した。この時、仙山東線、西線いずれも非電化であり、蒸気機関車が走行した。蒸気機関車の方向転換のために、当時の作並駅と山寺駅には転車台があった。
残された作並駅 - 山寺駅間は1937年(昭和12年)に開通した。
1時間あたり2 - 4本の列車が運行されている。仙台の近郊区間であり、通勤・通学利用客が多く、仙台圏のJR在来線では東北本線(白石 - 仙台間)に次ぐ需要がある区間となっている。
1984年(昭和59年)2月1日のダイヤ改正において、仙台駅 - 愛子駅間に北山および国見の両駅が開業したことに伴い、愛子駅に3番線ホームを開設して同区間に区間列車を設定した。これにより同区間の普通列車の本数は急増し、ダイヤ改正ごとに増発が繰り返された。しかしこの区間は最急勾配25‰の単線である上、交換可能駅が北仙台駅・国見駅・陸前落合駅のみであるため増発は困難になっている。仙台駅 - 北仙台駅間の高架化の構想があるが、東照宮付近の景観悪化が課題となって、実現には至っていない。