小田急多摩線
この手法は、同じ鉄道会社のものとしては1960年代に始まった東京急行電鉄(現:東急および東急電鉄)の「多摩田園都市」でも用いられたものであるが、小田急としては初めてのことだった。ただし、このうち新百合ヶ丘駅周辺の西百合ヶ丘ブロックは川崎市が、多摩ニュータウンに隣接する黒川第二・真光寺ブロックは日本住宅公団(後のUR都市機構)がそれぞれ施行することになり、これらのブロックで小田急は一組合員としての参加になった。
こうして1971年8月に柿生第二ブロックにおいて組合が設立され、着工したのを皮切りに、他のブロックにおいても次々と組合が設立・着工した。柿生第二ブロックでは、小田急が取得した保留地において「栗平邸宅街」の分譲が1977年に行われ、全139区画が即日完売するという好評さであった。最後まで残った黒川第二・真光寺ブロックにおいてもUR都市機構により「黒川特定土地区画整理事業」が施行され、その街びらきに合わせた2004年12月11日にはるひ野駅が開業した。このような開発の進展とともに沿線人口は増加し、かつてのローカル線のイメージは払拭されつつある。
1963年7月11日に新住宅市街地開発法が公布され、それに基づき東京都は多摩ニュータウンを開発する計画を立てた。そして、居住者の多くが都心へ通勤することを考慮し、小田急電鉄と京王帝都電鉄(現:京王電鉄)の2社にニュータウン鉄道として新線の建設を要請した(計画段階では西武鉄道多摩川線の延長案もあった)。これに先立つ1962年には運輸省都市交通審議会の答申第6号で「喜多見方面より原宿、永田町、日比谷、池ノ端および日暮里の各方面を経て松戸方面へ向かう路線」として「東京8号線」の整備が提案されており、1964年には同区間が「東京9号線」として確定した上で、1972年の同審議会第15号答申 では「橋本 - 喜多見」間が追加されて、多摩ニュータウンから都心部へのルート整備が進められる事になった。
小田急は当初、喜多見駅から分岐してよみうりランド付近および稲城市内を経由して多摩中央(現在の「多摩センター駅」のことを指す)に至るルートを検討したが、新たに多摩川に架橋する必要が生じるうえ京王相模原線と同じルートとなることから、その後百合ヶ丘駅付近から分岐することに計画を変更した。百合ヶ丘付近にはS字カーブがあり、輸送のネックが生ずることが予想されたことから、路線の付け替えを行い、その途中に分岐駅となる新百合ヶ丘駅を設置することとした。
多摩線は1974年開通で、小田急電鉄で一番新しい路線であり、京王相模原線とともに多摩ニュータウンと東京都心方面を結んでいる。開通から30年近くは新百合ヶ丘駅での小田原線との乗り換えが不便などの理由で、多摩ニュータウンから東京都心へのアクセスには京王線に直通して新宿駅 - 多摩センター駅間を結ぶ競合路線で、永山駅 - 多摩センター駅間で当線と併走する京王相模原線を利用する乗客が多く、京王電鉄に大きな差をつけられていた。
2000年から2018年までは、小田原線を経て東京メトロ千代田線・JR常磐緩行線直通の多摩急行・急行が運行されていたが、現在の新宿行き急行よりも運行本数が少なかった。しかし、小田急主体の沿線開発の進展に伴い年々利用客が増加し、小田原線の複々線化完成(代々木上原駅 - 登戸駅間)による2018年のダイヤ改正では、小田急多摩センター駅 - 新宿駅間を最短33分 で結ぶ快速急行や、通勤時間帯の通勤急行、新宿方面への日中の急行、帰宅時間帯及び土休日の快速急行が新設され、新宿方面との直通が強化されている。朝ラッシュ時間帯に関しては、明大前駅付近で速度が落ちる京王線に対して当路線の方が速達性で勝る。全線が高架化されており、踏切は存在しない。唐木田駅からは相模原駅方面への延伸計画がある(後述)。
2014年3月15日ダイヤ改正より、平日朝下り1本の新宿発の準急が設定され、多摩線内はすべての駅に停車した。2018年3月17日ダイヤ改正で多摩線での運転は廃止された。