武蔵野線
南浦和駅を出ると掘割を進み、東浦和駅へ。広大な見沼田んぼ(蓮見新田・下山口新田)の田園地帯を抜けて東北自動車道を跨ぐとさいたま市を出て、埼玉高速鉄道線(埼玉スタジアム線)が接続する東川口駅。続いて真東へ変針し、東武伊勢崎線(東武スカイツリーライン)新越谷駅と交差する南越谷駅に至る。同駅を出ると越谷貨物ターミナル駅が左側に広がり、周辺は物流センターの倉庫群が並ぶ。次は越谷レイクタウン駅で、周辺はイオンレイクタウンをはじめとしたイオングループの商業施設が建てられている。国道4号(東埼玉道路)と交差し中川を渡ると吉川駅。ここから南東に進路を変える。吉川駅を過ぎると右側は武蔵野操車場の跡地となるが、新駅・吉川美南駅や、新三郷駅付近の商業施設が建設されるなどの再開発が行われている。常磐自動車道を跨いで操車場跡地が終わると三郷駅。同駅の先で江戸川を渡り、埼玉県から千葉県に移る。同県最初の駅である南流山駅で地下駅のつくばエクスプレスと接続。
2004年3月まで豊田電車区、2020年10月まで京葉車両センター所属。
0番台は当線内での最高95km/hの高速運転や京葉線地下区間内の勾配での起動条件の関係から、MT比が6M2Tと電動車比率が高い編成となっている。新製配置された205系は前面形状が京葉線に投入されたもの(通称メルヘン車)と同様となっている。
2002年12月1日より5000番台が投入され、2005年12月までに順次103系を置き換えた。これは、205系の山手線などからの転用にあたり電動車が不足することから、0番台の電動車をVVVFインバータ制御に改造した車両で、性能の向上により 4M4T と電動車比率が従来車に比べて低く抑えられている。車両番号が改番されているのは電動車のみで、制御車・付随車は0番台のままである。1991年に新製配置された6M2T編成の京葉車両センターM61編成にも編成中の電動車1ユニットを付随車2両と交換の上で同様の改造が実施された。
武蔵野線用の205系は従来、豊田電車区の所属だったが、2004年3月より全車両が京葉車両センターの所属となった。ただし半数以上が東所沢電車区を拠点に運用されている。
大半は山手線からの転属車だが、中央・総武緩行線や付随車のみ埼京線からの転属車もあり、ドア窓が小さい小窓車とドア窓が大きい大窓車の混結編成も存在する。
6両編成で使用され、中央線快速電車と一時共通運用であったが、同線内の列車の8両化に先立ち1996年10月20日を最後に当線での運用を終了した。
その先で常磐線への短絡線(北小金支線・馬橋支線)が分岐する。馬橋支線と流鉄流山線を跨いだ後、常磐線(常磐快速線、常磐緩行線)との交差地点にある新松戸駅に至る。同駅の常磐線ホームは緩行線のみにある。また同駅付近に流鉄流山線の幸谷駅がある。
新松戸駅を出て国道6号(水戸街道)と交差すると南南東へ変針し、掘割に入り、新京成線との接続駅・新八柱駅へ。東京都立八柱霊園の西側を過ぎ、北総線および成田スカイアクセス線が接続する東松戸駅。続いて田園地帯の中を進み市川大野駅、中山競馬場最寄り駅の船橋法典駅に。南南西へ変針し海軍無線電信所船橋送信所跡地をかすめた後京成本線を跨ぎ、総武本線(総武快速線、総武緩行線)との交差地点にある武蔵野線の終点・西船橋駅に至る。同駅においても総武線側は緩行線にのみホームがある。東京メトロ東西線および東葉高速線が接続する。同駅より先は京葉線となり、東京駅方面および南船橋駅方面に線路が分岐している。
2022年度の時点で、上記全駅がJR東日本自社による乗車人員集計の対象となっている。
貨物列車待避用の長大な中線を設置したことや、トンネルに隣接しているなどの理由で、相対式ホームとなっている旅客駅が多い。
駅番号は直通運転先である京葉線の東京方面と連続した番号が付与されており、西船橋から起点側に向かって昇順となっている。
2013年3月15日まで東京駅直通列車は快速として運行されていた。この運行形態は京葉線の新木場駅までの暫定開業時から行われ、葛西臨海公園駅を通過していた。通過運転は京葉線内のみで行い、当線内は各駅に停車した。2002年12月1日ダイヤ改正までは平日と土休日で京葉線内の停車駅が異なり、土休日の快速は「むさしのドリーム」の愛称が付いていたが、この改正で愛称が廃止された。東京駅 - 蘇我方面間を結ぶ京葉線快速とは停車駅が異なるため、京葉線内では後に「武蔵野快速」と案内された。
2010年3月改正で日中1時間の本数が2本から3本に増発され、その後は1時間に日中は3本、朝夕は3 - 5本運転された。一部列車は京葉線の新浦安駅で、土曜・休日は葛西臨海公園駅で、それぞれ特急「わかしお」または「さざなみ」の通過待ちをした。
2013年3月16日のダイヤ改正で、東京駅直通列車は京葉線内も含めて各駅停車に統一された。
武蔵野南線は、交差する各線の既設駅の近くを通過しているが、ごくわずかの臨時列車運行を除けば旅客化されていない。
以前は川崎市内の並行するルートに川崎縦貫高速鉄道線(通称・川崎地下鉄)が計画されており、1985年の運輸政策審議会答申第7号では武蔵野南線の旅客線化を含む川崎駅 - 新川崎駅 - 府中本町駅間の路線整備を答申した。しかし貨物輸送を重視するJR東日本・JR貨物の反対、多数の貨物列車運行を継続しながらトンネル内に駅を設置する工事の困難性などから、計画を推進する川崎市が武蔵野南線の利用を断念して市営地下鉄方式による独自の鉄道整備を判断した経緯がある。2000年の運輸政策審議会答申第18号では武蔵野南線の旅客化計画は削除された。
その川崎縦貫高速鉄道も川崎市の財政難と採算性の問題を理由に2015年に計画が休止、2018年には廃止され、6両編成でラッシュ時の混雑率が高いJR南武線のみが川崎市内の南北を結ぶ唯一の鉄道という状況が続いている。