小田急小田原線
下北沢駅を発車すると緩行線は世田谷代田駅へ至るが、急行線は駅直下を通過するためホームを視認できない。東京都道318号環状七号線(環七通り)の下をくぐり、35‰の急勾配で地上へ出ると緩行線と急行線が横並びとなり、高架区間となって梅ヶ丘駅へ。梅ヶ丘 - 登戸間の複々線は、内側2線が急行線、外側2線が緩行線である。同駅の近くに羽根木公園があり、梅のシーズンには大変賑わっている。その後、東急世田谷線と交差して豪徳寺駅に到着する。上り急行線に通過線を持つ2面5線の経堂駅には、小田原線開業時には車庫があった。次の千歳船橋駅、その先で東京都道311号環状八号線(環八通り)・東京都道428号高円寺砧浄水場線(荒玉水道道路)と交差して祖師ヶ谷大蔵駅に至る。環八通り乗越え部分の下り急行線・下り緩行線部分は1971年に先行し完成していた高架橋を耐震補強のうえ流用しており、また上下線とも4線全体を跨ぐ往時のトラス架線柱に揃えてある。その後仙川を渡ると高架から一気に地下(掘割)に潜り、2面4線の成城学園前駅に到着する。この駅の真上には、2006年9月29日に駅ビル成城コルティが完成した。
成城学園前駅を発車すると再び地上へ戻り、喜多見検車区への引き込み線を右へ分岐しながら高架を上り、野川を渡るとすぐに喜多見駅に到着。ここで東京23区を抜け狛江市に入り、狛江駅へ。やや左へカーブし、和泉多摩川駅を発車すると間もなく多摩川を渡る。橋を渡り終えると神奈川県(川崎市多摩区)に入り、JR南武線と交差し2面4線の登戸駅に到着する。登戸駅を発車するとすぐに下り緩行線が下り急行線に合流し、ここから先は3線となる。
成城学園前付近の複々線区間(2009年6月13日)
2002年3月23日から2004年12月10日まで運用された種別で、新宿駅 - 江ノ島線藤沢駅間で運転し、小田原線内では急行と同じ停車駅となっていた。2004年12月11日のダイヤ改正で快速急行に格上げされた。
停車駅 新宿駅・代々木上原駅・下北沢駅・成城学園前駅・登戸駅・向ヶ丘遊園駅・新百合ヶ丘駅・町田駅・相模大野駅・江ノ島線へ
2018年8月16日に箱根湯本駅 → 新宿駅間で運行(小田原駅 → 新宿駅間はさがみ92号の行路を利用)。明星号自体は、1952年9月から1963年3月まで運行されていた。70000形「GSE」を使用。
停車駅 - ●:当該種別の全列車が停車、|:全列車通過、↑:全列車通過(上り方向のみ運転)、↓:全列車通過(下り方向のみ運転)、○:平日夜下り列車のみ停車(土休日は運転無し)
待避設備 - ◇:あり、△:上りのみあり、▽:下りのみあり、空欄:なし
接続路線の括弧内は接続路線の駅番号や補足説明などである。
本厚木駅を発車するとそのまま市街地を通る。高架を降り右手の国道246号線と並走する区間になると水田が混在するが、すぐに住宅地になり勾配を登ると愛甲石田駅に着く。駅構内に厚木市と伊勢原市の市境がある。
愛甲石田駅を発車すると並行していた国道246号と別れる。しばらくは住宅地を走るが、高架区間に入ると水田地帯に入り、右手には大山が、左手には平塚市街や湘南平まで見渡せるほど視野が開ける。新東名高速道路を潜り、伊勢原台地へ向かう登り勾配になると住宅地に入り、登りきったところが2面4線の伊勢原駅となる。同駅は大山への玄関口として、大山ケーブルカーへ接続する路線バスが発着している。常磐線各駅停車・千代田線からの直通電車の運行は伊勢原駅が西端である。
伊勢原駅を発車するとしばらくは住宅地のままだが、右手に見える工業団地を抜けると水田が一面に広がり、線路の周囲には人家がほとんどなくなる。善波川橋梁を通過すると秦野市に入り、再び住宅地が見えると鶴巻温泉駅に着く。
鶴巻温泉駅を発車すると畑が混在する住宅地を通りながら東海大学前駅へ到着する。両駅間は1.1 kmと私鉄の駅間距離としては標準的だが、伊勢原駅 - 鶴巻温泉駅、東海大学前駅 - 秦野駅の駅間距離が約4-5 kmあるので特に短く感じる。
東海大学前駅を発車すると右手に弘法山を見ながら走る。しばらく住宅地のままだが、2 kmほど進んだところにある秦野トンネル (351 m) を抜けると秦野盆地へ入る。急勾配と急カーブで盆地の中心部へと進んでいく。
2006年11月11日・18日・19日・23日・25日に綾瀬駅 - 秦野駅間で運転された臨時列車である。 停車駅(東京メトロ千代田線を含む) 綾瀬駅・北千住駅・西日暮里駅・大手町駅・霞ケ関駅・表参道駅・代々木上原駅・下北沢駅・新百合ヶ丘駅・町田駅・相模大野駅・海老名駅・本厚木駅 - 秦野駅間の各駅
2007年11月23-25日と12月1日・2日にも運転された。停車駅は2006年と同じであるが、車両は4000形が充当された。
2008年11月22日 - 24日にも運転されたが、東京メトロ千代田線内の停車駅は各駅停車となった。車両は1000形に戻っている。
2018年3月17日のダイヤ改正以降、種別変更を行う駅は新百合ヶ丘駅・相模大野駅・新松田駅の3つである。新百合ヶ丘駅から種別変更する列車は新宿駅 - 本厚木・海老名駅・相模大野駅・多摩線唐木田駅間、相模大野駅から種別変更する列車は新宿駅 - 本厚木駅間、新松田駅から種別変更する列車は相模大野駅・町田駅 - 小田原駅間にそれぞれ設定されている。2018年3月16日までは種別変更を行う駅は相模大野駅のみで、新宿駅から相模大野駅までは「急行相模大野行」、相模大野駅から全車両「各停○○行」と種別と行先の両方を変更していた。かつては江ノ島線にも設定されていたが現在は全廃されている。
運行トラブルなどでダイヤが大きく乱れた場合、新宿駅 - 経堂駅間のみ急行運転を行う場合や、柿生駅 - 玉川学園前駅間および小田急相模原駅 - 厚木駅間の各駅に臨時停車することがある。
列車番号は、小田原線内の列車には1000番台(新宿駅発着の急行は1200番台)、江ノ島線直通列車には1500番台(新宿駅発着の急行は1700番台)、千代田線直通列車には2000番台(経堂駅停車列車は2200番台)、多摩線直通列車には2700番台がそれぞれ割り当てられているが、2018年3月16日までは6両編成の「赤丸急行」(後述)にも2000番台が割り当てられていた。
2018年3月16日まで、6両編成で運行される急行については、開成駅 - 足柄駅間の各駅に停車していた。該当する列車は駅に掲示されている時刻表や新松田駅・小田原駅の発車標で「赤い丸」が付けられ区別されていた。