西武新宿線
狭山市駅を出ると、しばらく右カーブした後は直線状に走る。この右カーブの先の進路は北東となる。なお、ここから脇田信号場手前までの区間は線路がほぼ直線であるため、比較的高速運転が可能である。その後しばらく走行すると、新狭山駅に着く。
新狭山駅を出ると川越狭山工業団地の中をひたすら走り、その途中で川越市に入る。しばらくすると、かつて安比奈線との分岐駅であった南大塚駅に着く。安比奈線は1963年より長らく休止となっていたが、2017年5月31日を以て廃止となった。
南大塚駅を出てすぐに、関越自動車道のガードをくぐって速度を上げる。狭山市駅付近から国道16号線とは併走していたが、この区間は特に至近距離で併走するため、同線沿いの店舗などがよく見える。なお、この区間にはかつて川越競馬場前駅という臨時駅が設置されていた。やがて列車は減速しながら国道16号線とは立体交差して分かれ、すぐ近くの脇田信号場で新宿線では唯一の単線区間へ入り、その後左にカーブする。この区間が単線であることの理由は、JR川越線と東武東上線のガードをくぐる所の用地確保が困難であることなどがある。同ガードをくぐったあとに踏切を越え、再び線路が分かれると、終点・頭端式ホーム2面3線の本川越駅に到着する。
新所沢駅を出ると、そこから次の入曽駅まではずっと直線である。両駅のほぼ中間、県道所沢狭山線が斜めに平面交差した先に南入曽車両基地がある。周囲は住宅地よりも農地が目立つ。その後直進すると、入曽駅に着く。新所沢駅 - 入曽駅間の距離は、新宿線では最長の3.9 kmである。なお同駅は、東伏見駅以西の各駅の中では唯一駅前広場が整備されていない。
入曽駅を出ると、県道川越入間線と平面交差した辺りで緩い右カーブをなし、しばらく進むと左手に航空自衛隊入間基地が広がる。基地の東側に沿って進み、基地が終わると県道所沢狭山線が頭上を乗り越え、しばらくやや急な右カーブを通ると、狭山市駅に到着する。相対式ホーム2面2線の特急「小江戸」停車駅である。バス路線が集中する駅の西側は駅前広場が無く道幅も狭いなど問題が多かったため、駅舎を含めた再開発事業が実施され、2012年に完了した。
田無駅を出ると、そこには本川越駅寄りに引上線がある。それを横目に住宅街を西へ進む。線路北側の家並の向こうにはスカイタワー西東京が見える。西東京市と小平市の市境付近より右カーブし、これより東村山駅の手前まで、進路を北西に取る。カーブを終えると、花小金井駅に着く。同駅は島式ホーム1本であるが、かつては2面3線だった名残でホーム幅が広い。
花小金井駅を出るとすぐに小金井街道と平面交差する。道幅は広いが、南北を結ぶ西武バスの各路線が通り、同踏切が原因でしばしば渋滞が発生している。花小金井駅からはすぐ南には多摩湖自転車歩行者道が通っており、ここから次駅小平駅付近まで併走する。その後住宅と畑が混在する一帯をしばらく進むと青梅街道と斜めに平面交差するが、同踏切の前後はかなり急なS字カーブで、列車が減速するため踏切渋滞に拍車をかけている。また、踏切横には公立昭和病院があるため、救急車がしばしば立往生している。なお、このカーブにはかつて東小平駅が設置されていた。カーブを過ぎると新小金井街道が下をくぐる。付近は畑が目立ち、空が広く感じる一帯である。やがて上下線の間に引上線が割り込み、拝島線と分岐する島式ホーム2面4線の小平駅に到着する。
同駅は2面4線であるが、待避駅ではなく拝島線との分岐駅となっている。このため小平駅までは複線であったのが、小平駅を出た直後は複々線のようになっている。小平駅の北西に小平霊園があるため、駅付近には墓石屋が多く、春秋の彼岸の時期には北口前に露店が並び賑やかになる。
2022年3月16日ダイヤ改正時点での日中1時間あたりの運行本数は以下のようになっている。
2007年3月6日のダイヤ改正から東村山駅と狭山市駅が停車駅に追加されたが、西武新宿駅 - 本川越駅間の最短所要時間は改正前の47分より1分短縮され46分となった。これに伴い、同改正まで狭山市駅には快速急行の上の種別である特急が停車し、代わりに快速急行は新所沢駅に停車する千鳥停車を行っていたが、これも解消された。
2011年3月5日のダイヤ改正で入曽駅・新狭山駅・南大塚駅が停車駅に追加され、新所沢駅 - 本川越駅間は各駅に停車するようになり、西武新宿駅 - 本川越駅間の所要時間は50分となった。そのため、入曽駅・新狭山駅・南大塚駅には快速急行が停車し、代わりに鷺ノ宮駅・上石神井駅には通勤急行が停車する千鳥停車が発生した。
特急「小江戸」運転開始前は土休日のみの運転であり、基本的には西武新宿駅 - 西武遊園地駅(現:多摩湖駅)、西武園駅(競輪開催時のみ。平日にも運転)、西武球場前駅(野球開催時のみ)、本川越駅間での運転であった(詳しくは前節の初代の項を参照)。
2012年6月30日のダイヤ改正で、日中の列車種別が各駅停車・急行・特急「小江戸」に統一され、朝ラッシュ時に運転していた下り2本も急行に格下げされたため廃止された。
廃止時の停車駅:西武新宿駅 - 高田馬場駅 - 田無駅 - 東村山駅 - 所沢駅 - 新所沢駅から本川越駅までの各駅