中央本線
500番台も臨時列車で充当)の各電車のほか、臨時列車で185系(はまかいじ)・215系(ビューやまなし)・253系(むさしのかいじ)・E259系(成田エクスプレス)・E655系、クルーズトレインとしてE001形(TRAIN SUITE 四季島)がある。このうち、交直流電車のE655系とE001形は低屋根化することで入線が可能となっている。JR東日本所属の一般直流電車については、E231系以降、高尾駅以西に入る可能性のほぼない山手線や京浜東北線用などの車両を含め、狭小トンネル対策の設計がなされている。
名古屋方面からは383系および211系低屋根構造車(5600番台など)、311系・313系の各電車などが乗り入れている。JR東海所属の車両は小限界トンネル寸法に準拠したシングルアーム式パンタグラフの開発によって1995年に登場した373系より通常規格の設計が可能となり、中央線以上に限界制約がある身延線用の車両を含めて従来行われていたパンタグラフ取付部の低屋根化が不要となった。電気機関車 (EH200・EF64) は通過可能である。なお、通過できる車両には車体に表記される車号の前に◆マークが付けられている。
釜戸駅 - 瑞浪駅間に下畑信号場が開設。 3月12日:古虎渓駅 - 定光寺駅間が複線化。 3月17日:瑞浪駅 - 土岐市駅間が複線化。 3月20日:福島駅 - 上松駅間に中平信号場が開設。 3月22日:定光寺駅 - 高蔵寺駅間が複線化。 3月24日:土岐市駅 - 多治見駅間が複線化。 3月28日:与ヶ根信号場 - 美乃坂本駅 - 二軒屋信号場間が複線化。中津川駅 - 美乃坂本駅間に与ヶ根信号場が、美乃坂本駅 - 恵那駅間に二軒屋信号場が開設。 3月30日:大羽根信号場 - 釜戸駅間が複線化。武並駅 - 釜戸駅間に大羽根信号場が開設。 5月14日:多治見駅 - 名古屋駅間が電化。 7月1日:瑞浪駅 - 多治見駅間が電化。 9月25日:小野ノ滝信号場 - 倉本駅間が複線化。上松駅 - 倉本駅間に小野ノ滝信号場が開設。 9月27日:藪原駅 - 山吹山信号場間が複線化。藪原駅 - 宮ノ越駅間に山吹山信号場が開設。
1967年(昭和42年)7月9日:高蔵寺駅 - 定光寺駅間で普通電車10両編成のうち7両が脱線、2両が転覆。同月11日にかけて不通となる。
1968年(昭和43年) 7月19日:中津川駅 - 与ヶ根信号場間が複線化。与ヶ根信号場が廃止。 7月26日:武並駅 - 大羽根信号場間が複線化。大羽根信号場が廃止。 7月31日:釜戸駅 - 下畑信号場間が複線化。下畑信号場が廃止。 8月3日:二軒屋信号場 - 恵那駅間が複線化。二軒屋信号場が廃止。 8月16日:中津川駅 - 瑞浪駅間が電化。 9月20日:洗馬駅 - 日出塩駅間が複線化。 9月25日:坂下駅 - 落合川駅間が複線化。
全列車、全駅に停車する。
全駅長野県内に所在。
2022年度の時点で、JR東日本自社による乗車人員集計 の除外対象となる駅(完全な無人駅)は、川岸駅と信濃川島駅である。
↑ 飯田線の一部列車は岡谷駅・上諏訪駅・茅野駅・長野駅・松本駅まで乗り入れ
団体専用列車用車両(ジョイフルトレイン)は除く。「キハ」とあるのは気動車、客車などの車種が記されていないものは全て電車である。
これにより、早朝と深夜の各駅停車の東京駅発着での運転や、総武本線との直通運転で一部運行されていた立川方面との列車は廃止された。
高尾駅(立川駅・八王子駅) - 塩尻駅間
中距離列車を中心に運転される区間である。飯田線直通の「みすず」の一部や朝の大糸線からの直通列車を除き、全列車が普通列車で運転区間内の全駅に停車する。高尾駅(一部立川駅・豊田駅・八王子駅)から甲府駅を経て塩尻駅・篠ノ井線松本駅まで一体的に運転される。甲府・小淵沢・富士見発や飯田線直通の列車の中には松本駅からさらに篠ノ井線を進み、信越本線長野駅まで運転される列車や、大糸線と直通運転する列車もある。岡谷駅 - 塩尻駅間は先述のとおり原則的に本線(みどり湖駅)を経由して運転されており、支線区間(後述)とは半ば分断されている。支線区間へは、飯田線への直通列車(茅野・上諏訪・岡谷・塩尻・長野発)と一部の辰野駅経由の列車のみが直通運転する。
立川駅・高尾駅発着列車は6両編成が基本となるが、山梨・長野県内で完結する列車については3両編成やE127系2両編成(主に篠ノ井線松本方面への直通)の運用もある。この区間で使用されていた115系は冬季のみドアが駅停車時に乗客自身が開閉できる半自動になった(厳密には、高尾駅 - 小淵沢駅間は特急列車の待ち合わせなど長時間停車する場合のみ半自動とした。なお、小淵沢駅 - 塩尻駅間はドア扱いが半自動となった)。
9月29日:中平信号場 - 上松駅間が複線化・改キロ (-0.2km) 。中平信号場が廃止。
民営化以降
1987年(昭和62年)4月1日:国鉄分割民営化により、塩尻駅 - 名古屋駅間を東海旅客鉄道が承継、日本貨物鉄道が同区間の第二種鉄道事業者となる。
1988年(昭和63年) 3月13日:JR発足後初のダイヤ改正で211系のJR東海仕様新造車を導入。 8月2日:十二兼駅 - 中津川駅間に CTC 導入。
1989年(平成元年)7月9日:東海道本線金山駅開設により金山駅 - 名古屋駅間が重複区間となる。
1992年(平成4年)12月6日:中津川駅 - 名古屋駅間に CTC 導入。
1996年(平成8年)12月1日:特急「しなの」を381系電車から383系電車に置き換え(臨時列車については381系も引き続き使用される)。383系充当列車は「(ワイドビュー)しなの」となる。
1997年(平成9年)10月1日:急行「ちくま」を客車から383系に置き換え。
1999年(平成11年) 5月6日:313系電車の営業運転を開始。 12月4日:定員制列車「セントラルライナー」(名古屋駅 - 中津川駅間)の運転開始。
2000年(平成12年)3月11日:塩尻駅 - 中津川駅間の一部列車でワンマン運転開始。
2003年(平成15年)10月1日:急行「ちくま」を臨時列車に格下げ、車両も381系電車に変更。
2005年(平成17年)3月1日 - 9月30日:2005年日本国際博覧会(愛・地球博)来場客輸送のためエキスポシャトルを運転。
2006年(平成18年) 9月23日:勝川駅付近下り線が高架化。