留萌本線
国鉄時代までは鉄道貨物輸送が盛んだったため多くの駅に交換設備が設置されていたが、貨物列車削減による閉塞合理化に伴い、1984年(昭和59年)2月1日に北一已駅と藤山駅で、1986年(昭和61年)11月1日に秩父別駅、恵比島駅、幌糠駅、大和田駅で、1994年(平成6年)12月に石狩沼田駅で交換設備がそれぞれ撤去された。2023年(令和5年)3月時点では峠下駅と留萌駅に交換設備が存在したが、同年4月1日の石狩沼田駅 - 留萌駅間廃止後は線内に交換設備が存在せず、全線1閉塞となっている。
2007年(平成19年)5月9日、秩父別駅で単行(1両編成)列車の乗客の積み残しが発生したが(年表の「#民営化後」節を参照)、車両の増結や交換設備復活による増発は行わなかった。2018年度には、函館本線で新たに設定された深川駅発岩見沢駅行き普通列車への接続を図るため、通勤・通学定期券利用者限定の代行バスを片道1本(石狩沼田駅前発→深川行き)運転し、増発の代わりとした。代行バスは当初は2018年12月25日までの運行予定であったが、翌年1月15日以降も引き続き運行されている。
2016年(平成28年)12月5日に留萌駅 - 増毛駅間、2023年(令和5年)4月1日に石狩沼田駅 - 留萌駅間がそれぞれ廃止され、この時点で留萌振興局管内から鉄道路線が消滅した。残る深川駅 - 石狩沼田駅間も2026年(令和8年)3月末をもって廃止することがJR北海道と沿線自治体との間で合意されている(後述)。
2023年(令和5年)4月1日の部分廃止以降の路線距離は14.4 kmとなり、「本線」を名乗るJR線としては最も短い路線となった。
日本海北部に面する天塩地方随一の良港として栄えた留萌港への石炭や木材、海産物等の輸送のため、北海道鉄道敷設法に規定する予定線として建設された路線である。1910年(明治43年)11月23日に深川駅 - 留萠駅(後の留萌駅)間が、1921年(大正10年)11月5日に留萠駅 - 増毛駅間が開業した。また改正鉄道敷設法の別表では、日本海沿いに札幌駅から終点の増毛駅までの路線の計画があった。
その後1927年(昭和2年)10月25日には留萠駅 - 大椴駅間、1928年(昭和3年)10月10日には大椴駅 - 鬼鹿駅間、1931年(昭和6年)8月15日には鬼鹿駅 - 古丹別駅間が留萠線として延伸開業したが、これらの区間は同年10月10日に留萠線から分離し羽幌線に編入された。なお、1927年(昭和2年)10月25日の羽幌線開業当初、羽幌線の列車は留萠駅を発車した後、深川方面の東留萠信号場まで1.3 km走行し、同信号場でスイッチバックして羽幌方面に北上していた。これを解消するため、1941年(昭和16年)12月9日に羽幌線の留萠駅 - 三泊駅間が新線に付け替えられ、留萠駅に羽幌線用の4・5番ホームを新設した。なお東留萠信号場 - 留萠駅間は留萠本線・羽幌線の重複区間だったが、新線敷設と共に解消され、東留萠信号場も廃止された。
開業以来、線名・駅名の表記は「留萠」、地名などは「留萌」だったが、1997年(平成9年)4月1日に留萠から留萌に変更している。
1987年(昭和62年)の480人/日から、2014年(平成26年)には39人/日に大幅に利用客が減少していることや、700万円の収入に対し、年間1億6,000万円の赤字が出ていることなどを挙げている。
2015年(平成27年)8月11日、留萌市議会が留萌線検討対策会議を設置した。
2015年(平成27年)9月7日、留萌市議の鵜城雪子が留萌市議会本会議で留萌増毛間路線廃止を市が受け入れた経緯について高橋定敏市長に質疑。高橋は「ある意味ではやむを得ないと判断した」と答弁した。
2015年(平成27年)11月7日、JR北海道再生推進会議による「JR北海道再生のための提言書」発表を受け、北海道知事が学者3名(公共政策、公共交通学、会計学)、交通事業者4名(鉄道1、非鉄道3)、首長4名(中核都市1、路線廃止町2、廃止想定路線町1)を構成員とする地域公共交通検討会議を設置した。
2015年(平成27年)12月9日、留萌市議会留萌線検討対策会議が市長に「留萌本線の存続に向けてスピード感を持って力強く取り組む」ことを内容とする要望書を提出。同日、同会議が「安心して住み続けられる地域の公共交通としての鉄道交通網の確立を求める」ことを内容とする要望者を、JR北海道常務山口力に提出した。
なお、札幌駅直通準急の名称は「かむい」に変更された。
1966年(昭和41年)3月5日には急行列車となり、築別発着と幌延発着が1往復ずつの2往復体制となる。1967年(昭和42年)10月1日には下り1号が留萠止まりとなり、羽幌線直通は下り2号と上り1・2号となった。1968年(昭和43年)10月1日には羽幌線直通が2往復となるが、1972年(昭和47年)3月15日に下り1号が再度留萠止まりに戻っている。
1984年(昭和59年)2月1日に上り列車が廃止されて下り列車(旭川駅発留萠駅行き)のみの運転となり、羽幌線への乗り入れがなくなった。その下り列車も1986年(昭和61年)11月1日に「はぼろ」と共に廃止され、これによって留萠本線・羽幌線から優等列車が消滅した。
車両はキハ22形気動車が使用された。運行開始当初は単行(1両編成)だったが、1963年(昭和38年)12月1日からは2両編成で運行された。
1998年(平成10年)12月11日から18日、NHKの連続テレビ小説『すずらん』の撮影が、真岡鐵道から蒸気機関車C12 66を借り入れて行われた。これを機に、JR北海道においてもC11 171が動態復元され、これを使用した「SLすずらん号」が1999年(平成11年)5月から本路線で不定期運行されていた。2000年(平成12年)からはC11 207が動態復元されて運用に加わり、C11 171とC11 207による重連運転も実施された。
運行にあたっては空知・留萌の2支庁にまたがる沿線自治体を中心に「空知・留萌SL運行推進協議会」(2002年(平成14年)度からは「北空知・南留萌広域観光連絡協議会」)を設立し、JR北海道と地元との協力体制を確立した。2002年(平成14年)度からは運行区間が深川駅 - 留萌駅間から深川駅 - 増毛駅間に延長されたが、2003年(平成15年)度からは沿線自治体のお祭り等にあわせたイベント的な運行となり、運行日が大幅に絞り込まれた。しかし、乗車人員が年々減少していたことから、2006年(平成18年)9月10日を最後に運行終了となった。
「SLすずらん号」は1日1往復、全車指定席の快速列車として運転していた。留萌駅 - 増毛駅間は全車自由席だった。指定席券は800円と、他のJRの蒸気機関車牽引列車(SL列車)と同様、通常の快速列車・急行列車の指定席券よりも高く設定されていた。
小樽駅 - (この間普通列車) - 札幌駅 - 江別駅 - 岩見沢駅 - 美唄駅 - 砂川駅 - 滝川駅 - 深川駅 - 石狩沼田駅 - 留萠駅 - (この間普通列車) - 増毛駅 昭和40年代は恵比島駅にも停車していた。