川越線
川越線の始発駅にあたる大宮駅では、埼京線と直通運転をしているため、同線と共用の地下ホームに発着する。大宮駅を出ると、しばらく地下を走行し、鉄道博物館の横で地上に出る。トンネルの開口部は、かつての高崎線直通計画の名残で、複々線規格で造られている。
1985年(昭和60年)の電化以前は、大宮駅の地上ホーム(現在の11番線・12番線)から発着していた。現在の11番線は主に湘南新宿ラインから宇都宮線・高崎線へ直通する列車の着発で使用されるが、12番線は非電化のままで定期列車での使用はない。現在、地上ホームから発着する川越線定期列車は設定されていないが、レールはつながっており、快速「ぶらり川越号」や「おさんぽ川越号」などの臨時列車や工事列車などで使用されている。
トンネルを出ると左手に鉄道博物館を見ながら右手の高崎線とともに北上し、左手から交差する新幹線の高架下をくぐる地点で、大宮駅地上ホームとの連絡線が合流して国道17号大成跨線橋わきの築堤をくぐる。非電化時代は高崎線とともに橋の下をくぐっていたが、電化・複線化によりルートが変更された。
川越駅では大宮方面と高麗川方面はそれぞれ乗換が必要となる。なお、一部早朝に、川越車両センターからの出庫のため南古谷始発高麗川方面電車が存在する。
埼京線内で快速・通勤快速となる電車も含め、川越線内では全電車とも運転区間内の全駅に停車。
大宮駅の東日本旅客鉄道の路線名は運転系統上の名称(正式路線名とは異なる)。
線路 ... ∥:複線、∨:ここから下は単線、◇・|:単線(◇は列車交換可能)
全駅埼玉県内に所在。
一方当時は、直通先である八高線の八王子方面との運転間隔(30分)とは合っておらず、八高線と直通する列車には高麗川駅で長時間停車するものがあった。翌14日のダイヤ改正では、通過人員が緩やかに増加している中にあって、日中時間帯の運転本数が八高線八王子方面の列車とあわせる形で30分間隔に減らされた。
なお、夏と冬の期間限定でおもに列車交換時や長時間停車時を中心にドアの開閉をボタン式に設定していたが、2006年12月1日から通年でドアの開閉がボタン式に変更された。
2022年3月12日のダイヤ改正より、直通先の八高線と同様にワンマン運転が開始された。
列車番号の末尾の英字はH(八高線内は、川越方面行きは{川越線内の番号+1}+E、八王子方面行きは{川越線内の番号-1}+Eとなる)。
2008年(平成20年)3月1日:日進駅 - 武蔵高萩駅間の有人駅は、南古谷駅・川越駅を除いてジェイアール宇都宮企画開発からの駅員派遣に変更。
2009年(平成21年)3月14日:西大宮駅が開業。日中の単線区間での列車交換駅が指扇駅・川越駅から西大宮駅・南古谷駅に変更され、川越駅5・6番線ホームは日中の使用が停止される。
2015年(平成27年)3月14日:ダイヤ改正により、日中時間帯の川越駅 - 高麗川駅間の運転本数を毎時3本から2本に減便。
2019年(令和元年) 10月12日:令和元年東日本台風の影響により、西川越駅 - 的場駅間の入間川橋りょうで、橋脚周りが洗掘する被害を受ける。 11月30日:相鉄線直通列車の運転を開始(早朝の一部列車)。
2020年(令和2年)7月22日:開業80周年を迎えたことを記念し、記念ヘッドマークの列車の運転、車掌による特別アナウンス、各駅のホーム柱駅名標への80周年オリジナルデザインの装飾などが行われる。
2023年(令和5年)3月2日:21時50分に指扇駅 - 南古谷駅間の単線区間で上りと下りの電車が同一線路に進入し、約600m付近まで接近するトラブルが発生。上下の列車11本が運休となり、3月3日の午前1時に運転が再開された。
直通運転開始時点の相鉄線直通列車は、平日上りは指扇発海老名行きが1本(埼京線内は各駅停車、相鉄線内も各停として運転)、平日下りは海老名発川越行きが2本(相鉄線内は特急、埼京線内は通勤快速として運転)、土休日上りは川越発海老名行きが1本(埼京線内は快速、相鉄線内は特急として運転されているが、2021年3月13日改正以降は相鉄線内は各停に変更)設定されているほか、指扇発海老名行きが2本(埼京線内は2本とも各駅停車として運転し、相鉄線内はそれぞれ1本が特急・各停として運転)、土休日下りは海老名発川越行き(相鉄線内は各停、埼京線内は快速として運転)が設定されている。 2021年3月13日改正以降は、新たに平日朝上りに川越発の海老名行きが1本(埼京線内は通勤快速、相鉄線内は各停)が設定された。
日中はりんかい線新木場駅発着の快速が1時間あたり3本(20分に1本)運転されており、このうち2本は川越駅で高麗川方面の列車と接続する。この時間帯は西大宮駅と南古谷駅で上下列車の交換が行われる。2015年(平成27年)3月14日のダイヤ改正により、川越駅 - 高麗川駅間が日中時間帯において30分間隔に減便されて運転間隔が合わなくなったために、上りで13分、下りで15分の接続時間となる列車が生じており、さらに3本のうち1本は高麗川方面への接続が行われなくなった。