宇部線
1959年(昭和34年)2月15日から1961年(昭和36年)4月30日まで、小野田駅 - 小郡駅(現在の新山口駅)間を小野田線・宇部線経由で結ぶ快速列車として運行されていた。宇部線を経由し、両駅間を60分で結んだ。
( )内は新山口駅起点の営業キロ。廃止区間の駅を除く。
周防江崎停留場:1943年廃止、上嘉川駅 - 深溝駅間 (4.3)
岩倉停留場:1943年廃止、岩倉駅付近 (8.7)
白土停留場:1943年廃止、丸尾駅 - 床波駅間 (17.2)
長生炭鉱停留場:1943年廃止、床波駅 - 常盤駅間 (19.8)
開作停留場:1926年廃止、岩鼻駅 - 宇部駅間(約31.1)
居能駅 (0.0) - 宇部港駅 (2.2)
現在はすべて電車となっており、下関総合車両所運用検修センターに所属する105系およびクモハ123形が使用されている。クモハ123形のみで運転する列車はながらくトイレがない状態だったが、2013年10月より一部の車両においてトイレが設置され、同年12月には両開き扉を有するクモハ123-5とクモハ123-6にもトイレが設置された。2015年5月現在、すべての車両にトイレが設置されている。
国鉄線となった当初は宇部鉄道から承継した電車を使用し、戦後には他の買収私鉄から承継した電車(買収国電)も転属して使用された。1950年代後半からこれらの買収国電に代わりクモハ11形・クモハ12形・クハ16形・クモハ40形・クモハ41形・クハ55形・クモハ42形・クモハ51形などの旧形国電が導入され、1981年に105系に置き換えられるまで使用された。
またかつては南福岡電車区に所属する交直流電車415・421・423系が山陽本線を経由し宇部線に乗り入れていた。国鉄分割民営化後、これらが九州旅客鉄道(JR九州)の所属となってからも続けられたが、現在では廃止されている。下関所属の115系が乗り入れたこともあった。現在でも年に1 - 2回ほど臨時列車として下関所属の115系が入線する。1980年代までは貨物列車と同様に宇部線から美祢線に直通する気動車列車も運転されたことがあった。
105系
クモハ123形
宇部港駅 (0.0) - 沖ノ山新鉱駅 (1.8) 国鉄線として廃止後は宇部興産(現・UBE)に売却され、同社の専用側線として使用された。