東京メトロ副都心線
朝・夕には保谷駅、清瀬駅・小手指駅発着の列車が設定されているほか、土休日には飯能行きが1本、所沢駅発着が1往復設定されている。所沢発着は8両で運転されるがそれ以外の列車は両数問わず運転されている。
西武線内で準急となる列車は石神井公園駅・清瀬駅・所沢駅・小手指駅・飯能駅発着が、西武線内で快速となる列車は飯能駅発着と平日に所沢行きが、西武線内快速急行となる列車は所沢駅・小手指駅・飯能駅発着が設定されている。
2016年6月16日、有料の座席指定制直通列車を2017年春に導入することが発表された。2017年1月10日には運行開始予定日、ダイヤや料金等の詳細が発表された。列車名は「S-TRAIN」で、同年3月25日より運行を開始した
西武ドームへの観客輸送
西武ドームにおいてプロ野球の試合などの大規模イベントが開催される場合は、小手指行きの急行(みなとみらい線・東横線内特急、西武線内快速急行のFライナー)を西武球場前行きの急行(みなとみらい線・東横線内特急、西武線内快速)に変更する。この場合、代替としてひばりヶ丘発の快速急行小手指行きが運行され、当該列車は「Fライナー」を名乗らない。
2008年6月14日の開業当初は和光市駅で東武東上線森林公園駅まで直通運転を行っていたが、2019年3月16日のダイヤ改正からは小川町駅まで直通運転を行っている。急行・通勤急行・各駅停車ともに、東上線内は各駅に停車する「普通」として運行していたが2016年3月26日以降は日中時に副都心線急行は「急行」で運転され、土休日の一部列車は「快速急行」として運転されている。
2016年3月26日のダイヤ改正までは基本的に川越市駅発着列車が運転され、森林公園駅発着列車は駅構内に隣接する森林公園検修区への出入庫を兼ねた朝と夜の東武車に限られていた。2013年3月16日のダイヤ改正以降、日中は川越市駅発着の急行(東上線内普通)が30分間隔で運転されていたが、2016年3月26日のダイヤ改正以降は、森林公園駅発着(東上線内急行)に変更された。10両編成で運転されている。2019年3月16日のダイヤ改正より、土休日ダイヤのみ朝の一部列車が小川町駅発着となった。
平日ダイヤのみ、朝と夕方以降の一部列車に志木駅発着の列車が存在する。こちらは8両編成でも運転されている。
相鉄の車両は東武線内には乗り入れない。
第13号線池袋 - 渋谷間の地方鉄道敷設免許は、同じ第13号線の和光市 - 成増間の免許申請とともに1975年(昭和50年)9月2日に申請していた。なお、答申されていたのは志木 - 新宿間であるが、新宿付近は地理的、技術的な制約から折り返し設備が渋谷に近い代々木付近まで伸びること、渋谷まで延伸することは大きな輸送需要が見込めることから、渋谷まで延長して申請したものである。
しかし、翌1976年(昭和51年)8月11日に和光市 - 成増間の路線免許は交付されたが、池袋 - 渋谷間の地方鉄道敷設免許の交付は保留となり、以来は免許申請中状態が続いていた。1975年(昭和50年)の池袋 - 渋谷間路線免許申請では、同区間の建設費用は2,085億円を想定していた。
その後、政府は長引く不況への景気回復策として1998年11月に緊急経済対策を策定し、翌月に補正予算の編成を行った。そして、地下鉄13号線については整備による地域経済の活性化、雇用の拡大などによる景気回復に有効であるとの理由から建設予算の確保に至った。この補正予算の編成に合わせ、当時の帝都高速度交通営団は池袋・新宿・渋谷といった3大副都心への重要なアクセス、JR山手線・埼京線に対する混雑緩和へ寄与するなど、建設によるメリットが大きいことから地下鉄13号線の建設を進めることを決定した。