桜井線
2010年秋までの春・秋行楽時の土曜・休日に「奈良万葉レジャー号」が、大阪駅から奈良駅・桜井線経由で高田駅まで運転されていた。大阪環状線・大和路線内は大和路快速または快速に併結して奈良駅で分割を行い、桜井線内は臨時列車として運転されていた。
大阪側の発駅は年度やシーズンにより、大阪発もしくはJR難波発または両駅発と異なっていたが、2009年3月以降は大阪発のみが運転されていた。2006年3月のダイヤ改正でJR難波発のみとなったが、2007年3月のダイヤ改正では、数本ではあるが大阪発の列車も設定されていた。以前は、大阪駅 - 奈良駅間は定期の大和路快速、奈良駅 - 高田駅間は臨時普通として1往復の運転を行っていた。2010年度は再び大阪発とJR難波発が設定され、さらに桜井発奈良経由JR難波行も設定されている。
2009年度までは「山の辺の道レジャー号」として運転されていた。
1983年(昭和58年)4月1日:貨物営業廃止。
1984年(昭和59年)10月1日:急行「紀ノ川」廃止。奈良線が電化され、京都駅 - 桜井駅間で昼間時間帯に普通列車の直通運転開始。
1986年(昭和61年)8月1日 - 7日:「あなたとなら大和路」キャンペーンの一環として、C56 160による「SL大和路号」が奈良駅 - 王寺駅間で1日1往復運転。
1987年(昭和62年)4月1日:国鉄分割民営化により西日本旅客鉄道に承継。
1991年(平成3年)12月3日:一部の列車でワンマン運転開始(全列車58本のうち27本)。
1994年(平成6年)9月4日:ダイヤ改正で奈良線への直通運転が廃止。
2003年(平成15年)10月1日:コンコースの喫煙コーナーが廃止。
2005年(平成17年)3月1日:全線で「ICOCA」「Jスルーカード」の利用エリアになる。
2007年(平成19年)11月11日:天王寺指令所から新大阪総合指令所に移管。小規模線区自動進路制御装置 (SRC) が導入。
2009年(平成21年) 11月29日:奈良旅万葉ラッピング列車の運転開始。 3月1日:Jスルーカードの利用が終了。
2010年(平成22年) 3月13日:万葉まほろば線の愛称の使用が開始。 6月28日:無人駅への簡易券売機設置に伴い、ワンマン列車の乗車整理券を廃止。
2019年(平成31年) 3月16日:この日のダイヤ改正から227系電車営業運転開始(ただし万葉まほろば線での運用は6月1日から)。
近年、運賃箱があるものの、一般的なワンマン運転とは違い、運転士による運賃収受の確認は行われない。その後2020年に新型コロナウイルス感染症の世界的流行がもたらされたことにより、運転士の感染防止対策として運賃箱を使用停止にして仕切り扉を閉め、各駅の集札箱またはICカード読み取り機で精算する形に変更された。さらに、2023年のダイヤ改正より、全駅ですべてのドアが開くようになった。
天理駅構内北側に留置線群があり、後述の「天理臨」といった団体列車の留置などで使用されていたが、団体列車の設定が減少したため、かつ2008年のおおさか東線開業に伴い奈良電車区(現:吹田総合車両所奈良支所)での夜間留置車両が増加したため、非電化であったこの留置線群を電化して夜間留置している。このため、早朝・深夜に入出区のために天理駅発着の回送列車が設定されている。
大晦日から元旦にかけて、終夜運転が奈良駅 - 桜井駅間で約30 - 60分間間隔で行われる。多客に対応するため全列車に車掌が乗務している。
なお、桜井線からの直通で行われていた和歌山線高田駅 - 王寺駅間の終夜運転は2017年の大晦日を以て中止となり、2018年度は奈良駅 - 桜井駅間で約30分間隔、桜井駅 - 高田駅間で約60分間隔での終夜運転に縮小され、2019年度は更に縮小され桜井駅 - 高田駅間での運転が取り止めになった。2020年度は大晦日の終電後から元日午前3時頃にかけ、奈良駅 - 桜井駅間で約30分間隔での臨時列車を運行する予定であったが、新型コロナウイルス感染症拡大の状況を鑑み、臨時列車の運行は取り止めとなった。
また正月三が日の日中には、奈良駅 - 高田駅間に臨時列車が1時間あたり1本運転され、1時間あたりの運転本数は、奈良駅 - 桜井駅では3本、奈良駅 - 高田駅間では2本となっていた。なお臨時列車運転のため概ね9時から17時30分の間は列車の時刻が変更され、多客対応のために4両または6両編成で運転して車掌が乗務しているほか、通常ダイヤでは高田駅から和歌山線に直通する2両編成の列車は、桜井線内の混雑に対応できないため高田駅で系統分割を行い、和歌山線に直通せずに高田駅で折り返す運用を行っていた。2018年度まではかつて使用されていた105系のほか、103系・201系・221系が運用されていた。2019年度は227系1000番台のほか221系が使用された。