南武線
登戸駅を発車すると小田急小田原線を潜り、東京都道・神奈川県道3号世田谷町田線(津久井道)を潜ると右にカーブする。0.8km程走り左にカーブすると中野島駅。かつては駅の周囲が梨畑であったが、宅地化がなされてきた。この先で二ヶ領用水・三沢川を相次いで跨ぎ稲田堤駅に到着。駅西側に商店街が南北に延びるが、接続する京王相模原線(京王稲田堤駅)が0.4km西側にあるため他の接続駅と比べて賑わいは少ない。かつては桜の名所として知られた多摩川の堤防である稲田堤も、平成の世には見る影もない。稲田堤駅を発車すると右にカーブ、京王相模原線を潜る。この先で高架を上ると神奈川県を抜け東京都稲城市に入る。東京都道・神奈川県道19号町田調布線(鶴川街道)を跨ぐと矢野口駅。2015年度まで東京都道・神奈川県道19号町田調布線(鶴川街道)・神奈川県道・東京都道9号川崎府中線(府中街道)の踏切解消を目的とする矢野口駅 - 府中本町駅間の高架化工事が行われた。高架化後は稲城市による土地区画整理事業が行われている。発車すると左にカーブし西を向き、0.7km程走ったところで稲城大橋を跨ぐ。
右にカーブし再び北西を向くと2面4線の稲城長沼駅に到着する。稲城市の代表駅であるが官公庁の施設や商業施設は1.0km程南側の京王相模原線稲城駅周辺に多く、稲城長沼駅北側に商店街が延びるのみである。
車両面の変遷を見ると、1963年から20m級の車両配置が行われたが、当初はホーム有効長の点から必ず17m車3両+20m車1両の編成として編成全長を71m以内に抑える措置が採られていた。1972年には101系が配属され、1978年には101系で旧型車を一掃した。その101系も1991年には103系と205系で淘汰され、さらにはJR化後の1993年に209系が配属されるなど、変遷を重ねている。高架化は1990年12月20日に武蔵小杉 - 武蔵溝ノ口間、2005年10月9日に稲田堤 - 稲城長沼間が竣工した。矢向 - 川崎河岸間の貨物線は1972年5月25日に廃止された。
1980年代には、中野島にあったキトーや武蔵溝ノ口にあった東芝、鹿島田の日立製作所など一部の工場が郊外に移転した敷地にパークシティなどの高層マンションが建つようになり、沿線人口はさらに増加したが、1990年代以降の乗客の増加率は横這い状態にある。なお、武蔵溝ノ口の池貝鉄工跡にはかながわサイエンスパーク (KSP) が建てられた。
2010年3月13日のダイヤ改正に合わせ、横須賀線にも武蔵小杉駅が開業し、武蔵小杉などの沿線では再開発によるマンションの建設が盛んで、再び混雑が進んでいる。
2014年10月4日からはE233系電車が営業運転を開始し、205系、209系を置き換えていった。本線(川崎駅 - 立川駅間)用の205系のうち、先頭車が0番台の編成は2015年12月6日 で、先頭車が1200番台の編成は2015年12月24日をもって 、それぞれ定期営業運転を終了した。なお、1200番台の編成については2016年1月9日の臨時列車が最後の運用を行った。南武線用の205系のうち一部はインドネシアのKRLジャボタベックへ譲渡された。
西府停留場:分倍河原駅 - 谷保駅間(30.7、甲州街道交差地点の立川寄り) 東立川停留場:西国立駅 - 立川駅間(34.8、羽衣踏切の立川寄り)
支線 新浜川崎駅:川崎新町駅 - 浜川崎駅間(尻手駅起点3.6km) 市ノ坪駅:新鶴見操車場隣接(向河原駅起点0.7km)
川崎河岸駅には、多摩川の堤防の外側の艀へ砂利を積むための設備まで線路が延びており、水上運輸との連絡を図っていた。廃線後は一部が遊歩道となり、川崎河岸駅跡は公園となっている。開業当初は川崎駅の北側に工場があり、同駅から多摩川岸へ路線を延長して貨物駅を設けることができなかったため、旅客は同駅での連絡、貨物は矢向から分岐させて川崎河岸駅での連絡と分けることとなったものである。
登戸駅(厳密には宿河原駅との間)には小田急電鉄による小田原線との連絡線が向ヶ丘遊園駅方面に向けて1936年1月認可で設置され、戦前は府中の競馬輸送や江ノ島の海水浴輸送での電車の貸し借りに使用したり、多摩川の砂利の東京方面への輸送や相模川の砂利の京浜工業地帯への輸送に使用したりしたほか、戦後も戦災で不足した車両を貸し借りするなど、戦後しばらくまで残ったが、正式には1967年3月に廃止された。
尻手駅 (0.0) - 新鶴見信号場 (1.5) - 品川駅 (15.4)
2021年度の朝ラッシュ時最混雑区間は武蔵中原駅 → 武蔵小杉駅間であり、ピーク時の混雑率は112%である。
東京メガループに指定されている通勤路線でありながら6両編成での運転であり、神奈川県内で当路線より郊外を走る横浜線(8両編成)よりも一列車あたりの編成長が短い。ホームの両端に踏切がある駅があり、これ以上の長編成化には沿線自治体との協議が必要なため、輸送力は運転本数の増加で賄っている状況である。2010年度からラッシュ時は毎時25本の高頻度運転を行っており、山手線よりもラッシュ時の運転本数が多いが、首都圏の路線でも激しく混雑する路線である。
1996年度に243%を記録した混雑率は、ダイヤ改正の度にラッシュ時の運転本数を増発したことにより、2003年度に200%を下回った。その後は2015年度まで混雑率が190%を上回っていたが、広幅車両の導入により2016年度に混雑率が190%を下回った。
101系 (1990年頃 武蔵溝ノ口駅 - 武蔵新城駅間)
浜川崎支線用の101系 (2002年5月)
103系(2001年6月)
205系0番台(2011年4月)
205系1200番台(2006年5月)
209系0・2200番台(2011年4月)
開業80周年記念装飾(2007年3月 登戸駅)
205系は終盤期に海外譲渡をアピールするヘッドマークを付けて運転されていた。(2015年11月)
電気機関車 EF15 EF13 EF11 EF10 EF51 EF60 EF64 EF65 ED16( - 1983年) ED18(1959年 - 1960年) ED19( - 1959年) 南武鉄道1000形→ED34→ED27( - 1971年) 青梅電気鉄道1号形、2号形→ED36( - 1960年) 奥多摩電気鉄道1020形→ED37
蒸気機関車 C11(線内貨物列車の牽引など) C12(同上)
ディーゼル機関車 DD13(川崎河岸駅への貨物列車の牽引など) DE10(浜川崎駅周辺の貨物牽引や立川駅構内での使用など)