名鉄三河線
多客期には増結が行われ、最大で3両(キハ10形の場合。キハ20形・キハ30形では2両)での運転も見られた。
廃止後、山線廃止区間(西中金駅 - 猿投駅間)には豊田市から委託された名鉄東部交通・豊栄交通によるさなげ足助バス(現・とよたおいでんバス さなげ足助線)が運行を始めた。四郷駅 - 猿投駅 - 西中金 - 香嵐渓 - 足助 - 百年草を結んでいる。一方、海線廃止区間(碧南駅 - 吉良吉田駅間)では代替バスとしてふれんどバスが運行を開始。碧南 - 吉良吉田 - 吉良高校前間を運行している。
海線廃止区間はほぼ三河湾に沿って走っていたが、碧南市内区間(碧南駅 - 三河旭駅間)は市街地を3分の2周する大きなΩカーブとなっていた。これは海水浴場の最寄り駅として玉津浦駅の設置を決めた後、同駅北東部に位置する棚尾町などの誘致運動に対応したためといわれる(詳細は三河旭駅#歴史を参照)。また、三河楠駅 - 寺津駅間にある寺津高架橋は、三河南部から中部国際空港へのアクセス道路となる県道衣浦岡崎線への踏切設置を避けるためにおよそ20億円(国が11億円、県が9億円、名鉄は3000万円を負担)の費用で建設されたもので、1998年11月に供用を開始して間もなく名鉄は区間廃止を表明したため、わずかな期間しか利用されなかった高架橋工事への批判が噴出した。
山線廃止区間は山間部ゆえに放置されたレールが落ち葉に埋もれるなど自然に還りつつある部分もあるが、地元自治体の活動(後述)により枝下駅や三河広瀬駅が広場として一部整備された他は駅舎・ホーム・レール・鉄橋(矢作川橋梁など)はほとんど撤去されずに廃線当時のままの姿が残っている(踏切部分は撤去)。
なお、豊田スタジアムでのイベント開催時など、臨時に列車を増発する際には線内の交換設備をすべて使用することで片方向のみ毎時6本まで増発が可能。通常の15分間隔での運転では三河知立駅、若林駅、土橋駅、豊田市駅、越戸駅で列車交換が行われる(1駅おき)。
山線の最長編成は地下鉄直通用の6両編成を除くと4両である(ただし、猿投駅に留置線がある関係で車両検査や疎開留置で山線全線に渡り6両編成の回送が運転されることがある)。平日日中と土休日は2両編成が中心だが、平日ラッシュ時は4両編成の運転となる。
1993年7月29日には豊田市で開催されたイベントへの参加者輸送のため、豊田市駅まで本線から直通の快速急行が運転された(6000系などを使用)。
名鉄標準の方向幕には通常の三河線定期列車で使用される知立、猿投の他に豊田市も入っており、イベントや事故時などで使用されることがある。事故などの異常時には方向幕の設定がない土橋行きが運行されることがある。
トヨタ自動車とその関連企業の工場への通勤路線ともなっているが、愛知環状鉄道とは異なりトヨタカレンダーで稼働日となる祝日は平日ダイヤとはならず通常の休日ダイヤで運行される。
7100系:もともとは7000系(パノラマカー)の中間車として1975年に12両が製造されたものであるが、1984年にこのうちの2両(モ7101号とモ7104号)のみ6000系8次車と同様なスタイルの先頭車に改造されたものである。当初は4両編成を組んでいたが、1987年に2両編成に組み直され、さらに2001年にワンマン化され、7700系と共通運用されていた。7700系と同様の2ドアの転換クロスシート車であったが、こちらの方はロングシートの割合が多かった。2009年11月27日に定期運用を離脱し、2日後にさよなら運転を行った。
7700系:もともとはセミパノラマカーと呼ばれ、7000系が入線できない支線区の特急車として運用されてきた。1973年に4両編成4本、2両編成4本が導入された。特急運用離脱後は三河線を中心に運用され2001年に8本ともワンマン化された。しかし、老朽化によって運用を終えることが決まり、2010年3月21日にさよなら運転が実施された。運用終了時では名鉄で唯一方向幕を持たない車両であった。
6800系:当路線全線でのワンマン化にともない当路線での定期運用はなくなっていたが、2009年10月5日に行われた車両運用の一部変更によって、平日午後に限って海線に1往復定期運行が再開された。
海線区間においても約15分間隔の線内折返し運行となっている。山線と同じく平日日中と土休日は2両編成が中心となるが、平日ラッシュ時は4両編成に増強される。海線にも全線で2005年より駅集中管理システムが導入されたことにより、2006年4月29日改正からワンマン運転が開始された。当初は、山線で採用されていたホームセンサー方式は採用されず、小牧線で採用されている駅に設置されたカメラと運転台の小型液晶モニター支援によるワンマン運転となっていた。2021年(令和3年)より、駅に設置されたカメラおよびモニターによる安全確保に切り替えられている。
この区間の最長編成は山線と同じく4両である(刈谷駅は6両対応)。知立駅 - 重原駅間や北新川駅での列車交換はほとんどの時間帯で行われていないが、小垣江 - 三河高浜の往復に10分超かかるため、これ以上の増発は困難である。
2005年1月29日改正以前は多数の名古屋本線直通列車が走っていたが、同改正で数本を残して廃止された。同改正で残された直通列車のうち、三河線終着便は2006年4月29日改正で消滅し、三河線発着便も2008年12月27日改正で廃止された。
定期列車は全て知立駅 - 碧南駅の通し運転であるが、事故などで刈谷市駅折り返しの列車が運転されることがある(複線区間に渡り線がないため碧南側本線に引き上げて知立方面に折り返す。方向幕では刈谷市の行先表示ができないため系統板を掲出する)。
刈谷市駅折り返しの臨時列車