山陽本線
白市駅 (263.9 km) - 西高屋駅 - 西条駅 (272.9 km) - 寺家駅 - 八本松駅 - 瀬野駅 - 中野東駅 - 安芸中野駅 - 海田市駅 - 向洋駅 - 天神川駅 - (貨)広島貨物ターミナル駅 - 広島駅 (304.7 km) - 新白島駅 - 横川駅 - 西広島駅 (310.2 km) - 新井口駅 - 五日市駅 (316.8 km) - 廿日市駅 (320.2 km) - 宮内串戸駅 - 阿品駅 - 宮島口駅 (326.5 km) - 前空駅 - 大野浦駅 - 玖波駅 - 大竹駅◆ (340.8 km) - 和木駅 - 岩国駅◆ (346.1 km)
姫路駅を出ると山陽電鉄本線を跨ぎ、その後は南西方向に真っすぐに進んで山陽新幹線を潜りしばらく姫新線と並行する。姫路バイパスを潜ると英賀保駅。はりま勝原駅を過ぎ、次の網干駅は姫路市の南西端に位置し、岡山方には網干総合車両所が広がっている。網干駅は山陽網干駅と駅名は似るが、約3 km離れており乗り換えには向かない。網干駅を出ると、左手に広大な車両所が広がるのを見て進む。なお、網干総合車両所の所在地は姫路市ではなく太子町である。
車両所が途切れると林田川を渡り、山陽新幹線の高架が見えて、それを潜ると揖保川を渡る。揖保川を渡ってたつの市に入ると竜野駅だが、名称は「たつの」であっても平成の大合併前の龍野市内の駅ですらなかった駅で、たつの市の中心駅は市役所なども近い、姫新線の本竜野駅である。相生市に入って山陽新幹線を潜ると相生駅、左手に単線の赤穂線が分かれていき、山陽本線は右にカーブし、再び山陽新幹線の高架と山陽自動車道を潜って狭い山間を行く。国道2号と並行して進み、赤穂市に入って有年駅。有年駅を出ると右にカーブして進路を北にとる。国道2号とは離れて、国道373号と千種川に沿って進む。しばらくして上郡町に入り、千種川を渡ると、智頭急行線が分岐する上郡駅に到着する。現在は京阪神・岡山から鳥取方面に向かう特急列車は智頭急行線を経由している。
この先、兵庫県と岡山県の県境を有する上郡駅 - 三石駅間は、山陽本線では最も長い駅間であると同時に、和田岬線に次いで列車本数の少ない区間であり、この区間を通る普通列車は、企画乗車券「青春18きっぷ」の使用可能期間中、京阪神方面と四国・広島・岡山方面を往来する乗客で混雑する場合が多い。
下関駅から九州へは山陽鉄道時代から鉄道連絡船で連絡していたが、1942年に世界初の海底トンネルである関門トンネルが開通し、山陽本線は門司駅まで延長された。
和田岬線を除く全線の電化が1964年に完成、同年に開通した東海道新幹線に接続して西日本各地へ向かう特急列車・急行列車が頻繁に運転されるようになった。その後、山陽新幹線が1972年に岡山駅まで、1975年に博多駅まで開業し、山陽本線を走っていたほとんどの優等列車が廃止された。以後、貨物列車と寝台特急のほかは、地域内輸送が主となっている。これに伴い、中線や副本線などの待避設備を廃止(架線や一部のポイントを撤去し保線用車両等のみ使用できる状態としたものもある)した途中駅もある。また、貨物列車のために宇部駅 - 厚狭駅間が3線化され本線をオーバークロスする珍しい線形が採用されたが貨物列車衰退により複線に戻されており、コンクリートの橋梁と枕木のみが遺構として残っている。そのほか、新山口駅 - 下関駅間では送り込みもかねた気動車列車もあったが2006年に廃止となった。
岡山駅を出て、JR貨物岡山機関区、JR西日本岡山電車区といった広大な車両基地を併設した岡山貨物ターミナル駅を過ぎると、北長瀬駅、庭瀬駅を通る。庭瀬駅を出ると家並みが途切れて田畑が目立つようになる。岡山県倉敷スポーツ公園野球場(マスカットスタジアム)の最寄駅でもある中庄駅を経て、右手に山陽自動車道の倉敷ジャンクションが見え、瀬戸中央自動車道を潜る。左にカーブして西南方向を向いて走り、伯備線への下り線が分岐し高架になって山陽本線を乗り越え、3線になってホーム3面5線の倉敷駅へ。
岡山県第二の都市・倉敷市の中心駅である倉敷駅は伯備線が分岐し、駅の南西からは水島臨海鉄道が発着している。周辺には大原美術館や白壁の商家が並ぶ美観地区などの観光名所がある。 次の西阿知駅の先で高梁川を渡ると、白桃や、マスカット、ピオーネなどのブドウの産地である玉島地域を通り、平地や山の斜面に桃畑や葡萄畑が作られているのを見ることができる。再び山陽新幹線が近付いてくると新倉敷駅である。金光教の本部がある金光駅、鴨方駅、里庄駅と、のどかな田園風景がしばらく続く。
長大路線であり、沿線に複数の拠点都市を有していることもあって、現在は姫路駅・相生駅・岡山駅・福山駅・糸崎駅(または三原駅)・広島駅・岩国駅・新山口駅・下関駅で運転系統が分かれている。かつては、車両運用上の都合によりこれらの複数の運転系統にわたって運転される長距離列車が終日にわたって設定されていた(多くは広島駅、徳山駅で列車番号を変更して直通運転していた)。しかし、2009年3月14日ダイヤ改正以降はダイヤが整理され、昼間時の快速列車の廃止や列車本数の削減が行われたほか、岡山地区 - 山口地区相互間の長距離列車も大幅に削減された。2018年の平成30年7月豪雨発生までは糸崎駅 → 下関駅間を走行する列車(2016年3月26日ダイヤ改正から2017年3月4日ダイヤ改正までは岡山駅始発)が下り1本のみ存在し、これが日本で最長の距離を走行する普通列車となっていたが、豪雨後の臨時ダイヤで白市駅発に短縮された。2019年3月16日ダイヤ改正で広島地区の運行車両が227系に統一されたことに伴い、長らく運転されてきた岡山地区 - 広島地区間の長距離列車、並びに広島地区 - 新山口方面直通の長距離列車が完全に消滅し、糸崎駅(または三原駅)と岩国駅での原則乗り換えが発生している。
姫路駅 - 相生駅間と東岡山駅 - 岡山駅間では赤穂線、岡山駅 - 倉敷駅間では伯備線、海田市駅 - 広島間では呉線、広島駅 - 横川駅間では可部線、櫛ケ浜駅 - 徳山駅間では岩徳線、幡生駅 - 下関駅間では山陰本線にそれぞれ直通する列車が乗り入れている。
ダイヤの構成上、次の6つの区間に大きく分けられる。
停車駅 普通...すべての旅客駅に停車。 特急...#優等列車の各列車記事参照。
駅ナンバーは2020年9月より順次導入。
以下の駅以外は無人駅
直営駅(5駅) 岡山駅・倉敷駅・新倉敷駅・笠岡駅・福山駅
業務委託駅 JR西日本中国交通サービス(2駅) 北長瀬駅・中庄駅
関門トンネルを含むこの区間はJR九州の管轄区間となる。かつては本区間から新山口方面や山陰本線との直通列車が存在していたが、2005年10月のダイヤ改正でこれらの直通列車は全廃され(これにより、関門トンネルを通過する気動車列車も消滅)、運転系統が分断された。下関駅では原則として同一ホームでの対面乗り換えとして利便性を維持している。
旅客列車の日中の運転本数はおおむね1時間に2 - 3本であり、下関駅 - 門司駅間のみの区間運転列車や下関駅から門司駅を経て鹿児島本線小倉駅までの運転となっている。早朝のみ、日豊本線柳ヶ浦駅・行橋駅(いずれも上りのみ)・大分駅(下りのみ)と直通する列車が設定されている。
本州と関門トンネル内は直流電化だが、関門トンネルの九州側の門司駅構内で交流電化になる。そのため、関門トンネルを通過する下関駅 - 門司駅間は気動車と交直両用電車・機関車のみが走行できる。普通列車にはJR九州大分車両センター所属の415系1500番台交直流電車が使用され、門司駅構内のデッドセクションで直流・交流の切り替えを行っている。
なおこの区間をふくむ普通乗車券で山陽新幹線に乗車することはできない。詳しくは「山陽新幹線#新下関 - 博多間の取り扱い」を参照。