東急田園都市線
長津田駅の先(西側)で横浜線をオーバークロスし、相模原台地を高架やトンネルで抜ける区間になる。横浜線のオーバークロス地点の少し先で横浜市から東京都町田市となり、駅の手前で国道16号(大和バイパス)の下をくぐる南町田グランベリーパーク駅とつきみ野駅の間にある境川で神奈川県大和市に入る。つきみ野駅を出て住宅地の中を進むとやがて地下線に入り、終点の中央林間駅へ到着する。中央林間駅は小田急江ノ島線の南東側に設置されている。
長津田までは上記の通りに1966年に開通したが、その先はつくし野駅(1968年)、すずかけ台駅(1972年)、つきみ野駅(1976年)と徐々に西方へ路線が延伸され、1984年4月9日に中央林間駅までの全線が開業した。
種別表示は基本的に青色で表記される。車両側の表記は基本的に「各停」であるが、半蔵門線内では東京メトロの方針により「各駅停車」と表示される(フルカラーLED案内表示器搭載車両のみ)。
昼間時は毎時6本運転されている。(内訳は上りは中央林間駅 - 押上駅間の列車が3本、中央林間駅 - 南栗橋駅間の列車が3本となる。下りは久喜駅 - 中央林間駅間の列車が3本、南栗橋駅 - 中央林間駅間の列車が3本となる)。
途中駅で急行・準急との接続が行われており、日中・夜間は二子玉川駅(大井町線直通急行とのみ)・鷺沼駅・長津田駅のうち1 - 2駅程度で実施される。これに加えて日中時間帯を中心に桜新町駅で急行、梶が谷駅・江田駅(下りのみ)・藤が丘駅(上りのみ)で準急の通過待ちをする列車がある。朝ラッシュの最混雑時間帯には速達列車(準急)の追い抜きは梶が谷駅・江田駅・藤が丘駅(上りのみ)での通過待ちが中心であり、準急との接続は長津田駅で行われるのみである。
田園都市線は営業距離が長く、待避設備が多いため、急行・準急に抜かれずに終点まで先行する各駅停車は早朝・深夜のみとなっている。
日中1時間あたりの運転本数(2021年3月13日ダイヤ改正以降)は以下のようになっている。
東武線・半蔵門線 - 中央林間駅間運転の急行・準急・大井町線直通急行はそれぞれ20分間隔で運転される。
日中の急行は桜新町駅で各駅停車を追い抜き、下りは二子玉川駅、上りは三軒茶屋駅(ともに追い抜いた列車)、さらに上下線とも鷺沼駅・長津田駅で各駅停車に連絡する。準急は梶が谷駅・江田駅で各駅停車を追い抜き、下りは鷺沼駅・青葉台駅、上りは溝の口駅・あざみ野駅(全て追い抜いた列車)で各駅停車との接続を取る。
日中の半蔵門線直通列車(毎時12本)については、半数が押上駅発着、半数が東武スカイツリーライン直通の列車となっており、このうち東武直通列車は伊勢崎線久喜駅発着と日光線南栗橋駅発着が半々の割合で運転される。
渋谷駅から二子玉川駅の手前までは武蔵野台地の地下を走る。この区間はかつて新玉川線という名称であった。また、同線の開業前は路面電車である玉川線が1969年まで運行されていたが、その敷地は田園都市線と首都高速3号渋谷線の建設用地に利用されている。
渋谷駅はJR線の駅の北側に建設され、道玄坂の下からは国道246号(玉川通り)と首都高速3号線の直下を進む。三軒茶屋駅ではかつての玉川線の支線だった世田谷線が接続するが、田園都市線は地下を走っているためにその姿は確認できない。 駒沢大学駅の先(西側)からは玉川通り旧道に沿って、玉川通りや首都高速の北側に迂回する。新玉川線内において急行列車は地下駅のプラットホームを通過するが、桜新町駅付近は上下2段構造であり、桜新町駅ではプラットホームと壁で仕切られた通過線を走行するため、急行列車の乗客は桜新町駅の姿をほぼ見ることなく同駅を通過する。用賀駅を過ぎ、環八通り・玉川通りが交差する瀬田交差点の直下で玉川通りのアンダーパス下を横切って南側(東側)に抜け、間もなく国分寺崖線を出口として行善寺坂付近で地上に出る。その後大井町線上り線をくぐり、二子玉川駅に進入する。
6ドア車は朝ラッシュだけでなく日中や夜間・土休日にも運転されていた。ただし、座席格納は朝ラッシュ時の中央林間駅・長津田駅 → 半蔵門駅間のみで行われ、その他の時間帯や区間では行われない。しかし、それでもドア数が多い分4ドアのみの編成と比べると座席数が少なくなっており、日中や土休日の運用では着席機会の減少に繋がっているという弊害があった。
日本の鉄道事業者における6ドア車は東日本旅客鉄道(JR東日本)以外では唯一であり、2015年に至るまで他社が追従する動きもない。さらに、6ドア車の3両連結は他例がなく(JR東日本では最大でも6ドア車は2両)、田園都市線の混雑の深刻さを象徴している。
6ドア車はホームドア設置の際に4ドア車とのドア位置の違いから障害となるため、田園都市線へホームドアを設置するにあたって、2016年1月より順次6ドア車を4ドア車に置き換えて運転されており、2017年4月20日を最後に4ドア車への置き換えを完了した。