日本貨物航空
日本・東京/成田発着 日本・大阪/関西 日本・名古屋/中部 日本・北九州(台北/桃園線の復路のみ寄港) 韓国・ソウル/仁川 中国・北京 フィリピン・マニラ マレーシア・クアラルンプール アメリカ合衆国・ポートランド アメリカ合衆国・サンフランシスコ イギリス・ロンドン/スタンステッド ドイツ・フランクフルト ドイツ・フランクフルト/ハーン
日本・大阪/関西発着 タイ・バンコク シンガポール・シンガポール
アメリカ合衆国・シカゴ発 ドイツ・フランクフルト/ハーン(東回りのみ大西洋横断便運航) 大西洋路線を片道とはいえ運航することによって成田→アンカレッジ→シカゴ→ハーン→ミラン→成田で世界一周路線に就航していたが運航効率の最適化のため2019年12月24日をもって休止、以降シカゴ折返し便となっている。 2018年の事後航空事故認定事案による行政処分に対する改善措置において運航機種増加に対する整備を含む生産体制不足を調査委員会に指摘され、対策として運航機種単一化を含む運航規模見直しをあげたため休止、撤退が増え、業務提携による委託が増えている。
2018年(平成30年)2月13日、シンガポール航空カーゴと戦略的パートナーシップの構築に向けた覚書(MOU)を締結し、2018年度より成田 - 関空 - シンガポール線でのコードシェア便の運航を開始することで合意したことを発表。
また2018年には、全日本空輸(ANA)とのコードシェア便や整備部門における協力などを含む戦略的業務提携を2018年度から開始することを発表。同年の国土交通省による業務改善命令により(後述)、運航機種単一化、ANAとの「戦略的業務提携」に基づき2018年中に8名の人的支援を受け、航空機機体構造修理の対応も香港の整備会社(HAECO)及び台湾の整備会社(EGAT)による委託を含め、ANAからの支援を受けることとなった。同年10月31日をもってボーイング747-400Fが全機退役し、同社の保有機材がボーイング747-8Fに統一されたがが、米国アトラス航空との戦略的提携拡大により、退役した同型機のリースアウト契約および航空貨物運送サービス契約の締結により、5機運航委託の形でグローバルな大型貨物輸送ネットワークを提供するとしている。
2020年現在は、ボーイング747-8Fのみの運用となっている。
2018年現在、NCAの機材は以下の貨物機で構成され、日本籍のボーイング747型機を運航しているのは同社のみである。2018年10月31日を以て、ボーイング747-400Fは全機退役となり、日本の航空会社からボーイング747-400Fが完全に姿を消した。
2014年に旅客運航から最後のボーイング747-400型機が退役し、日本政府専用機も後継機としてボーイング777-300ER型機が選定された事により、日本の航空会社からボーイング747型機が消滅する可能性があったが、NCAがボーイング747-8F型機新造機を受領し、2012年に運航を開始したため、しばらく日本籍の「ジャンボ・ジェット」が無くなる事態は避けられる状況になっている。
ボーイング747-8F - 8機
11月2日 - ボーイング747-8F(JA11KZ)をボーイング社より受領。 11月20日 - ボーイング747-8F(JA14KZ)をボーイング社より受領。 11月21日 - 台北/桃園線の復路便(台北/桃園 → 東京/成田)において北九州に寄港開始。往路は従来通り台北へ直行する。
2018年(平成30年) 2月26日 - ANAと戦略的業務提携について合意。コードシェア提携、連帯運送の拡大、航空機整備部門における業務協力などを進める予定。2005年にANAグループから離脱したNCAだが、再度ANAとの関係を強化することになった。 3月6日 - カーゴルックス航空と成田 - ルクセンブルク線のコードシェア提携で合意。 6月16日 - 4月に実施した潤滑油補給に関する整備記録に事実と異なる記載が判明し、他の機材にも同様の事例がないか検証するためとして、自社便の全てを一時運航停止。 10月31日 - 同社そして日本の航空会社として最後となるボーイング747-400F (JA05KZ) が退役。同機は日本貨物航空として初めて発注した機体であった。翌年の2月12日、離日。同機の退役をもって、同社のフリートはボーイング747-8Fに完全に統一されることとなった。
2021年(令和3年) 2月11日 - シルクウェイ航空と成田 - バクー線のコードシェア提携を開始。
2023年 3月7日 - 親会社である日本郵船により、日本貨物航空の全株式をANAホールディングスが取得することで基本合意した。これにより、再びANAグループに戻ることになる。当初は同年10月1日を予定していたが、国内外当局による企業結合審査に時間を要していることから同年9月に2024年2月1日に延期になった。