東海道・山陽新幹線
新大阪駅を境に東側の東京駅 - 新大阪駅間が東海道新幹線 (515.4 km)、西側の新大阪駅 - 博多駅間が山陽新幹線 (553.7 km) である。かつて各駅場内区間を除く全線を日本国有鉄道(国鉄)新幹線総局が所管し、福山・三原間以東は総局直轄、福山・三原間 - 新下関・小倉間は広島管理部、新下関・小倉間 - 博多は九州管理部が管理していた。国鉄分割民営化によって大阪鉄道管理局管内である新大阪駅場内を含む東海道新幹線区間の運営を東海旅客鉄道(JR東海)が、新大阪駅西方場外以西の山陽新幹線区間を西日本旅客鉄道(JR西日本)が承継した。
直通列車は定期列車だけで「のぞみ」(東京駅 - 広島駅・博多駅間)が毎時3本、「ひかり」(東京駅 - 岡山駅間)が毎時1本運行されている。かつては「こだま」も定期直通運転が行われていたが、1999年に終了している。
総延長は1,069.1 km(営業キロは1,174.9 km)である。キロポストは東京駅から博多南線を経由した博多総合車両所までの通算である。
2005年度のJRと航空のシェアはおおむね3割:7割程度で推移していたが、「のぞみ早特往復きっぷ」や「エクスプレス予約」などの割引サービスの充実、さらには2006年(平成18年)3月のダイヤ改正における「のぞみ」を1時間に2本へ増発し、始発列車や最終列車の増発や時刻変更で、中京地区から福岡での滞在時間を増加させるなど利便性の向上などにより、JRのシェアが徐々に増加し、2009年にはシェアを逆転している。
JR東海は2006年(平成18年)春から中京地区で「九州(当初は博多)行くなら、新幹線。」キャンペーンを展開し、対抗して全日本空輸 (ANA) もビジネス特割の設定や「行こおか ふくおか」キャンペーンを展開し、中部国際空港 - 福岡便を増発している。一方で日本航空 (JAL) は2008年度に中部国際空港 - 福岡便を廃止し、県営名古屋空港発着の便に一本化、2006年(平成18年)3月に就航した名古屋空港 - 北九州空港(同空港開設と同時に就航)便が2007年(平成19年)4月に運休したのに続く両地域間の航空路線の縮小となった。
この区間は1050 km以上の長距離となり、新幹線での所要時間が5時間を超えるうえ、福岡空港へのアクセスが非常によく(博多駅から地下鉄で5分)、羽田 - 福岡間にはLCCを含む各社により多数の航空便が運行されており、この区間では航空機利用が圧倒的に優勢である。2017年度のJRと北九州空港・福岡空港発着の航空機のシェア(東京都 - 福岡県)は7:93で、この比率は年次変動がほとんど無い。