京阪神緩行線
新形電車なので、旧形電車の最高速度90 km/hを上回る最高速度95 km/hにて運転することができ、電気ブレーキの使用と相まって駅間運転時分の短縮が図れた。
万博終了後の1970年10月1日ダイヤ改正で新快速が登場したが、既存のダイヤの間に新快速を増発したため、芦屋駅・新大阪駅・高槻駅で各駅停車が新快速・快速を連続待避するダイヤとなった。なお、103系投入によって51系が飯田線・身延線・赤穂線などに転属したほか、72系が首都圏の周辺線区や阪和線などに転属し、そして1971年の初頭には最後まで残ったモハ70が3両、仙石線に転属して、51系より先に70系が京阪神緩行線から姿を消した。
1972年2 - 3月にかけて、ヘッドライトのシールドビーム2灯化と側窓のユニットサッシ化が図られた1次改良車を15編成+予備4連×1本(計109両)を新製し、明石に投入した。この一次改良車は京阪神緩行線のほかは常磐快速線(松戸)に投入された。
この1次改良車の投入によって昼間時の103系化が達成されたことから、山陽新幹線の新大阪駅 - 岡山駅間開業による1972年(昭和47年)3月15日のダイヤ改正(「ヨン・ナナ・サン」)で新快速が1時間に4本に増発されたのと同時に、京阪神緩行線のダイヤは大きく変更された。
朝時間帯は神戸市内利用客の便宜を図るために3分間隔に増発された。
1997年3月8日のJR東西線開業に向けて、207系の編成の大規模な組み換えが淀川電車区・宮原運転所所属の車両も含めて実施された。松井山手駅における増解結に配慮して、西明石・新三田側に付属3両編成+基本4両編成の7両編成に変更され、編成両数は再び7両編成に統一された。そして、JR東西線開業で各駅停車のダイヤは大きく変更されることとなった。朝ラッシュ時は高槻駅 → 大阪駅間でも4分等間隔に増発された。日中時間帯は高槻駅 - 須磨駅・西明石駅間の直通運用を再編し、西明石駅 - 松井山手駅間のJR東西線直通とそれに接続する高槻駅 - 尼崎駅間の区間運行・高槻駅 - 須磨駅間の運行に変更された。
同年9月1日のダイヤ改正では、京都駅ビルの完成に合わせて12年半ぶりに日中の京都駅発着の系統が復活し、加古川発の列車も5本に増発された(送り込みは西明石駅 → 加古川駅間のみの運行もあった)。同時に尼崎駅の構内改良が完了し、同一ホームでの乗り換えパターンが完成した。福知山線(JR宝塚線)の普通と高槻駅 - 尼崎駅間の区間運転が一体化して(大阪駅 - 尼崎駅間の「普通」の重複が解消)、日中は尼崎駅で半数が入れ替わるダイヤになり、運用も京都駅 → 須磨駅 → 高槻駅 → 新三田駅 → 京都駅間の順序になった。
1995年1月17日に発生した兵庫県南部地震(阪神・淡路大震災)では、京阪神緩行線は震源(朝霧駅沖の明石海峡)から武庫川(甲子園口駅 - 立花駅間)まで激甚被災地を貫いて走っていたことから、神戸市内を中心に強烈なダメージを受けた。発生時刻が早朝であったことから、車両の面では大きな被害を受けなかったが、鷹取駅東方で地震に遭った201系が1編成、駅の南東側で発生した大火災に奇跡的に巻き込まれずに高架線上に残っている姿は、繰り返し新聞やテレビで流された。大阪駅側では18日に尼崎駅まで復旧し、19日には甲子園口駅、25日には芦屋駅まで復旧区間が延びたが、西明石駅側の復旧は遅れ、23日に須磨駅まで復旧、新長田駅崩壊のため列車線や和田岬回送線を活用して、30日にようやく神戸駅まで復旧した。翌々日に高速神戸駅 - 阪神三宮駅間が復旧した神戸高速鉄道・阪神本線と併せて、発生以来約2週間ぶりに加古川・姫路方面から乗り換えをはさみながらも三宮まで鉄道で行くことができるようになった。復旧工事は突貫で実施され、2月8日には芦屋駅 - 住吉駅間が、2月20日には神戸駅 - 灘駅間が復旧、残るは高架橋が崩壊した六甲道駅周辺を含む住吉駅 - 灘駅間のみとなった。