気仙沼線
全列車が各駅停車となっている。前谷地駅 - 柳津駅間では1日9往復の列車が設定されており、うち下り3本・上り4本は石巻線に乗り入れ、小牛田駅発着で運行される。日中は概ね2 - 3時間毎の運行頻度となっている。全区間でワンマン運転が実施されている。
また、前谷地駅 - 柳津駅間ではBRTが鉄道と並行して5往復運行されており(途中駅はノンストップ)、列車のない時間帯を補完している。ただしBRTで利用可能な「odeca」や「Suica」などのICカードは、同区間の鉄道では利用できない。また前谷地駅(石巻線)・柳津駅ともに、列車とBRTは接続を考慮したダイヤとはなっていない。
なお、鉄道とBRTを連続して利用する場合、運賃はそれぞれの合算となる(柳津駅でキロ数計算が打ち切られる)が、前谷地駅 - 柳津駅間でBRTに乗車する場合、同区間では鉄道の運賃が通算される。
東日本大震災発生前は、全区間直通の運行形態が基本で、一部に本吉駅 - 気仙沼駅間の区間列車があり、朝の上り1本は気仙沼発女川行きであった。また、仙台と気仙沼を結ぶ快速「南三陸」が2往復運転され、このうち1往復は2001年(平成13年)11月30日まで気仙沼駅より大船渡線の盛駅まで直通運転が実施されていたが、震災前の時点では全列車が気仙沼駅発着になっていた。
廃止区間の柳津駅 - 気仙沼駅間は、震災前は列車は10本程度の運転本数となっていたが、BRTに転換されてからは大幅に増発されている。
1968年(昭和43年)10月24日 【開業】柳津線前谷地 - 柳津 (17.5 km) 【駅新設】和渕、のの岳、陸前豊里、御岳堂、柳津