山陽本線
山陽本線の起点でもあり、東海道本線の終点でもある神戸駅は、3面5線の構造になっており、上り線は2面3線の構造になっている。東海道本線から途切れることなくほとんどの列車が直通運転を行っている。神戸駅を出ると、東海道本線から引き続き方向別複々線で西へ進み、しばらくビル街のまん中を貫くように走る。次の兵庫駅では和田岬駅へ向かう支線の通称「和田岬線」が接続する。和田岬線は、工場地帯の通勤線であり、平日でも朝夕の時間帯しか運行されていない。ホームも1面1線の単線路線で、兵庫駅 - 和田岬駅間のピストン輸送となっている。
兵庫駅 - 新長田駅間で方向別複々線が終わり、ここから先は線路別複々線となる。列車線が山側、電車線が海側になっており、列車線を新快速などの優等列車と貨物列車が走り、電車線を快速と普通が走っている。兵庫駅から明石駅まで列車線にホームはない。新長田駅は普通しか停車しないが、神戸市営地下鉄西神・山手線、海岸線と連絡している。
神戸貨物ターミナル駅が併設されている鷹取駅を出ると、列車線の上り線が合流して阪神高速3号神戸線を潜る。少し走ると須磨海浜公園駅へ。電車線のみにホームがあり、2面4線の橋上駅舎となっている須磨駅付近では海と山に挟まれた険しい地形の中を山陽電気鉄道本線・国道2号とともに並走する。国道2号が山陽本線を乗り越えて行くと塩屋駅に着く。垂水駅を出ると、舞子駅で明石海峡大橋の下を潜り、明石市に入ってすぐの朝霧駅まで海沿いを走り、やがて日本標準時子午線上にある時計台で知られる明石市立天文科学館を過ぎると、城下町である明石市の中心駅・明石駅である。
そのため、一部の列車で最大6 - 7両編成での運転も行っている。
上郡駅を出て、上下線が智頭急行線の単線の線路を挟んで進み、左にカーブして智頭急行線が高架線の形で、山陽本線上り線を乗り越えて右手に分かれて行く。ここから先は標高は低いものの軽い峠越えであり、山を周り込むように走る。例えば次の駅への最短距離を進むなら南南西の鯰峠に直行せねばならないが、実際の経路は北上して鯰峠を避けて、鯰峠の西の谷を登りながら走る。そして、千種川水系と吉井川水系との分水嶺である船坂峠を船坂トンネルで抜けると岡山県に入る。国道2号と並行して走り、三石駅。次は備前市にある閑谷学校に近い吉永駅。吉永駅を出て、日笠川や金剛川を渡り和気駅。和気を出ると左手に山陽自動車道、右手に吉井川を見ながら進むと熊山駅、吉井川を渡ると岡山市に入り万富駅。万富駅からしばらく西南方向に走ると瀬戸駅で、しばらく南に向かって進み、山陽新幹線の高架を潜って、右にカーブして山陽新幹線に沿って西へ進んで上道駅に着く。東岡山駅で赤穂線と合流して高島駅を過ぎると、百間川を渡り西川原駅。旭川を渡る付近で岡山城が見え始めると、津山線と合流し岡山駅に着く。
岡山駅は津山線のほか、吉備線と宇野線の起点であると同時に、運転系統上は伯備線と赤穂線および瀬戸大橋線の列車も、ほとんどが岡山駅を始発・終着としている。また岡山電気軌道の路面電車との乗り換えも可能である。
神戸駅から下関駅までは、私鉄の山陽鉄道の手により開通した。1888年に兵庫駅 - 明石駅間が開業し、翌年に神戸駅・竜野駅まで開通。以後順次西へと路線が延び、1901年に馬関駅(現在の下関駅)まで開通した。山陽鉄道は1906年、鉄道国有法により国有化され、官営鉄道山陽本線となった。
1934年に現在の岩徳線が全通し山陽本線に編入され、距離が短縮された。それまでの柳井経由の路線は柳井線となった。しかし複線化は、柳井経由で進められることとなった。この理由は、現岩徳線には当時の蒸気機関車牽引では運転上の障害となる長大トンネル(欽明路トンネル・3149m)が存在したことから、複線化で長大トンネルをもう1本掘ることは工期的にも不利とされたためである。1944年に柳井線を含む神戸駅 - 下関駅間全線の複線化が完成すると、柳井線を山陽本線に再編入した。代わりに、岩国駅 - 周防高森駅 - 櫛ケ浜駅間は岩徳線となった。
須磨駅 - 塩屋駅間、東尾道駅 - 三原駅間、宮島口駅近辺、岩国駅以西の山口県内では、瀬戸内海が車窓に迫る。最後は下関駅の先で海の下に潜って、再び地上に出るとそこは九州である。
1965年(昭和40年)3月28日:鷹取駅 - 西明石駅間が複々線化。垂水駅付近が高架化。
1966年(昭和41年)6月15日:貨物駅として東福山駅が開業。
1968年(昭和43年) 6月20日:朝霧駅が開業。 9月20日:宇部駅 - 厚狭駅間が3線化。
1969年(昭和44年) 3月1日:貨物駅として東広島駅(現在の広島貨物ターミナル駅)が開業。 10月1日:貨物駅として西岡山駅が開業。己斐駅が西広島駅に改称。
1974年(昭和49年)9月24日:福山駅付近が高架化。
1975年(昭和50年)3月10日:玉島駅が新倉敷駅に、長門一ノ宮駅が新下関駅に改称。
1979年(昭和54年) 4月1日:東福山駅の旅客営業開始。 11月1日:貨物支線 姫路駅 - 姫路市場駅間 (1.5 km) が廃止。姫路市場駅が廃止。
1980年(昭和55年)10月1日:周防富田駅が新南陽駅に改称。和田岬線 兵庫駅 - 和田岬駅間の貨物営業廃止。
1984年(昭和59年) 2月1日:兵庫臨港線 兵庫駅 - 新川駅 - 神戸市場駅間 (2.7 km)、新川駅 - 兵庫港駅間 (1.9 km) が廃止。新川駅・神戸市場駅・兵庫港駅・川下信号場が廃止。 12月6日:三原駅 - 下関駅間で CTC 使用開始
1985年(昭和60年)3月14日:高島駅・新井口駅が開業。
1986年(昭和61年)11月1日:上道駅および貨物駅として防府貨物駅が開業。
この駅は2面4線の構造になっているが、線路別の構造になっているので同一ホーム上での緩急接続はできない。東海道本線の草津駅から続いた複々線は次の西明石駅で終わり、この先は複線となって真っ直ぐ北西方向を向いて走る。住宅やマンションが建て込む明石の市街地を走り、2面4線の大久保駅。さらに真っ直ぐ走り、左手から山陽新幹線が近づいてきて、それを見ながら2面2線の魚住駅。魚住駅を出ると山陽新幹線が左手に離れて行き、線路は真っ直ぐ北西方向に走り、明石市と播磨町に跨る2面3線の土山駅に着く。加古川市に入り、左手に加古川バイパスが並行するのを見て2面3線の東加古川駅、さらに真っ直ぐ北西方向を向いて走り、高架線を駆け上がり加古川の市街地を見て加古川駅に着く。
加古川を出るとすぐに加古川を渡り宝殿駅。この駅は加古川市と高砂市の境にある。姫路バイパスが乗り越えて右にカーブしながら曽根駅。ここまでが高砂市で、この駅を出ると播磨地方の中心都市・姫路市に入る。ひめじ別所駅・姫路貨物駅、御着駅を過ぎると市川を渡り、東姫路駅を過ぎて市街地に入り姫路駅に至る。姫路駅は姫新線・播但線および播州赤穂や上郡・岡山方面との乗り換え駅となっている。また、須磨駅 - 明石駅間で並走し、明石以西では南側の沿岸部に進路をとった山陽電気鉄道本線も、姫路駅北側に所在する山陽姫路駅に乗り入れている。
須磨駅 - 塩屋駅間では海岸に接して走行する。
明石海峡大橋を望む舞子駅付近。
停車駅 新快速・快速・普通...この区間のすべての旅客駅に停車。 特急...#優等列車の各列車記事参照。
この区間は全駅兵庫県に所在。
網干駅 - 竜野駅間で揖保郡太子町を通るが、同町内に駅はない。
この区間については、2020年9月時点で駅ナンバーは姫路駅(JR神戸線#駅一覧参照)を除いて導入されていない。
以下の駅以外は無人駅
直営駅(5駅) 姫路駅・英賀保駅・網干駅・相生駅・上郡駅
業務委託駅 JR西日本交通サービス(2駅) はりま勝原駅・竜野駅
東海道本線と同じく、山陽新幹線開業以後は都市間輸送鉄道としての役割は新幹線に譲っている。寝台特急などの夜行列車が全線を通して運転されていたが、2009年3月14日のダイヤ改正で寝台特急「富士」「はやぶさ」(山陽本線内では併結運転)が廃止されたのを最後に山陽本線の全区間を直通運行する定期旅客列車は全廃された。
( )内は神戸駅起点の営業キロ。廃止区間や和田岬線のものを除く。
明石操車場:明石駅 - 西明石駅間 (22.4 km)
小久保信号場:西明石駅付近(約22.9 km)
魚住信号場:魚住駅付近 (29.0 km)
平岡信号場:東加古川駅 - 加古川駅間 (35.9 km)
林田川仮信号場:網干駅 - 竜野駅間 (約67.2 km)
西原信号場:相生駅 - 有年駅間 (78.9 km)
千種川仮信号場:有年駅 - 上郡駅間 (約88.2 km)
栗原信号場:上郡駅 - 三石駅間 (約94.0 km)
梨ヶ原信号場:上郡駅 - 三石駅間 (97.9 km)
谷村信号場:三石駅 - 吉永駅間 (約105.5 km)
金剛川仮信号場:吉永駅 - 和気駅間 (約112.5 km)
砂川仮信号場:瀬戸駅 - 上道駅間 (約129.6 km)
百間川仮信号場:高島駅 - 西川原駅間 (140.0 km)
中井信号場:現在の西川原駅付近 (140.6 km)
岡山操車場:岡山駅 - 西岡山駅間 (145.9 km)
高梁仮信号所:倉敷駅 - 西阿知駅間 (約162.5 km)
金浦仮信号場:笠岡駅 - 大門駅間 (188.7 km)
金浦信号場:笠岡駅 - 大門駅間 (約190.6 km)
山波信号場:東尾道駅 - 尾道駅間 (216.9 km)
木原信号場:尾道駅 - 三原駅間 (226.2 km)
荻路信号場:三原駅 - 本郷駅間 (238.3 km)
郷原信号場:本郷駅 - 河内駅間 (250.0 km)
入野信号場:河内駅 - 入野駅間 (259.3 km)
上瀬野信号場:八本松駅 - 瀬野駅間 (284.