長崎本線
佐世保線に直通しない優等列車は、門司港駅・小倉駅・吉塚駅・博多駅 - 佐賀駅・肥前鹿島駅間の特急「かささぎ」が下り8本・上り9本(土曜・休日10本)運転されている。現在の「かもめ・リレーかもめ」が運行を開始した際に、従来の特急「かもめ」の停車駅だった肥前鹿島駅が「かもめ・リレーかもめ」のルートから外れることから、肥前鹿島駅発着の特急を7往復設定することが事前に発表されていたが、これに従来の「かもめ」の佐賀駅発着列車を統合した形で新設された。
このほかD&S列車として、全席グリーン車の特急「36ぷらす3」が、月曜日に博多駅 - 江北駅 - 佐世保駅間で運行される。このうち往路(佐世保駅行き)は経路の途中で江北駅 - 肥前浜駅間を往復する。また武雄温泉駅 - 長崎駅間を運行する特急「ふたつ星4047」は、午前便が江北駅 - 長崎駅間の下り線を、午後便が長崎駅 - 諫早駅間の上り線を、ともに旧線(長与駅)経由で運行する。
電車 421系・423系 - 普通列車で使用。 713系 - 普通列車で使用。1996年3月ダイヤ改正により鹿児島運転所に転属し撤退。 715系 - 普通列車で使用。1998年に全廃。 485系 - 特急「かもめ」「みどり」「ハウステンボス」で使用。2000年3月ダイヤ改正により長崎本線内での定期運行を終了。
気動車 キハ58系 - 急行・普通列車で使用。 キハ200系 - 主に快速「シーサイドライナー」や旧線経由の普通列車で使用。2021年3月に全車が他地区に転出。 キハ66・67形 - 2001年に筑豊本線・篠栗線電化に伴い筑豊篠栗鉄道事業部から転入し、主に快速「シーサイドライナー」や旧線経由の普通列車で使用された。2021年6月30日限りで全車運用離脱。
415系(大分車両センター)- 鳥栖 - 佐賀間で朝の1往復のみ2編成つないだ8両で使用。2022年9月改正までは大分車両センター所属車両が肥前山口まで、南福岡車両区所属車両(同改正で全車が大分車両センターに転出)が長崎まで乗り入れていた。
811系(南福岡車両区) - 鳥栖 - 肥前浜間でラッシュ時に使用。2編成つないだ8両で運転される列車もある。2010年代前半までは肥前大浦まで乗り入れており、一度肥前山口以南の運用が廃止されたあと2022年9月改正で再び運用範囲が拡大された。
813系(南福岡車両区) - 鳥栖 - 江北間で夜の下り・朝の上りの1往復のみ2編成つないだ6両で使用。2009年3月改正までは長崎まで、2022年9月改正までは肥前大浦まで乗り入れていた。
817系(佐世保車両センター) - ワンマン運転対応の0番台が鳥栖 - 肥前浜間で使用。ラッシュ時は2編成つないだ4両で運転される列車もある。
喜々津駅 - 浦上駅間は単線の2つのルートに分かれており、このうち大村湾沿いに走り、長与駅を経由する明治時代開業のルートを「旧線(長与経由)」と呼び、長崎本線内で唯一電化された事のない区間である。途中、列車交換は大草駅・長与駅のみ可能である。長与駅 - 浦上駅間では市街地を走り、区間運転の列車が設定されている。一方で、1972年に開通した、長崎トンネルを通る電化されていたルートを「新線(市布経由)」と呼ぶ。旧線に比べ6.7km短縮され、高速運転に適した線形により、諫早駅 - 長崎駅間の所要時間を大幅に短縮した。途中肥前古賀駅以外は列車交換ができるほか、長崎トンネル内に肥前三川信号場がある。新線の大半はトンネルであり浦上駅側では市街地の地下を通り地上に抜ける。地上区間に入ると浦上駅までは高架となり、旧線としばらく並走(単線2並列)する。快速「シーサイドライナー」は全て新線を通っており、かつて運行していた特急列車も新線経由だった。浦上駅 - 長崎駅間では連続立体交差事業が進められ、2020年3月28日に高架化が完了した。
鳥栖駅 - 佐賀駅間および諫早駅 - 長崎駅間(旧線・新線とも)はIC乗車カード「SUGOCA」の利用エリアに含まれている。なお、「福岡・佐賀・大分・熊本エリア」に含まれる鳥栖駅 - 佐賀駅間と「長崎エリア」に含まれる諫早駅 - 長崎駅間を跨っての利用はできない。
一般向けリアルタイム列車位置情報システム「どれどれ」対応路線であり、「長崎本線」(鳥栖駅 - 市布駅 - 長崎駅間)と「長崎本線(長与経由)」(諫早駅 - 長与駅 - 長崎駅間)としてスマートフォン向けに配信されている。