信越本線
軽井沢駅 - 中軽井沢駅 - 信濃追分駅 - 御代田駅 - 平原駅 - 小諸駅 - 滋野駅 - 田中駅 - 大屋駅 - 上田駅 - 西上田駅 - 坂城駅 - 戸倉駅 - 屋代駅 - 篠ノ井駅
新潟駅から白新線・越後線と直通運転する列車も存在する。新津駅 - 新潟駅間はピーク時の輸送人員が年々増加している区間であり、混雑率は2011年度には96%であったものが2013年度には111%、2018年度には143%に、2020年度は新型コロナウイルス感染症 (COVID-19)流行の影響で三大都市圏の輸送量が減少したこともあって、全国のJR線の中で最も高い135%の数値となった。
直江津駅 - 長岡駅間・新津駅 - 新潟駅間のE129系を使用する2両編成の列車では一部を除きワンマン運転が実施されている。無人駅(黒井駅、土底浜駅、潟町駅、上下浜駅、米山駅、笠島駅、青海川駅、鯨波駅、茨目駅、北条駅、越後広田駅、長鳥駅、塚山駅、越後岩塚駅、前川駅)では先頭車両の最も前側のドアのみが出口で、運賃は車内精算となる。新津駅 - 新潟駅間は全駅が有人駅のため駅で運賃収受を行う都市型ワンマン運転で、全てのドアより乗降できるが、営業時間外の乗降・精算は無人駅に準じる。
直江津駅・柏崎駅・宮内駅でICカード「Suica」の一部サービスが利用可能となる(新潟エリア)。
2015年(平成27年)3月14日:北陸新幹線長野駅 - 金沢駅間の開業により次のように変更。 脇野田駅が上越妙高駅に改称し、同時に北陸新幹線所属に変更。豊野駅の所属駅が飯山線に変更。 長野駅 - 直江津駅間(-75.0 km)の第一種鉄道事業の廃止により、北長野駅、三才駅、牟礼駅、古間駅、黒姫駅、妙高高原駅、関山駅、二本木駅、新井駅、北新井駅、南高田駅、高田駅、春日山駅が信越本線の駅としては廃止。長野駅 - 妙高高原駅間がしなの鉄道に移管され北しなの線に、妙高高原駅 - 直江津駅間がえちごトキめき鉄道に移管され妙高はねうまラインとなる。以降、各区間については「しなの鉄道北しなの線#歴史」「えちごトキめき鉄道妙高はねうまライン#えちごトキめき鉄道移管後」を参照。 また、北長野駅 - 黒姫駅間、妙高高原駅 - 直江津駅間に存在した単線区間が全て移管されたため、旅客営業区間が全線複線となる。
2016年(平成28年)3月26日:直江津駅 - 長岡駅間で、一部の営業列車においてワンマン運転を開始。
2017年(平成29年)4月1日:宮内駅 - 長岡駅間でICカード「Suica」の利用が可能となる(新潟エリア)。
2025年(令和7年)春(予定):篠ノ井駅 - 長野駅間でICカード「Suica」の利用が可能となる(首都圏エリア)。