中央・総武緩行線
かつて房総各線で行われていた夏季の臨時ダイヤでは、各駅停車用の101系電車も充当された実績があり、一例として、1969年(昭和44年)7月11日の房総東線千倉駅までの電化延伸に伴って運行された臨時快速「さざなみ」、総武快速線開業と同時に外房線・内房線も全線電化された1972年(昭和47年)7月15日以降の夏ダイヤでは、両国駅 - 館山駅間に快速「青い海」が運行された。また、夏季ダイヤ期間中は臨時列車として外房線・内房線にも乗り入れ、外房線は勝浦駅、内房線は館山駅・千倉駅まで乗り入れた。翌1973年(昭和48年)以降は、113系などの増備が進んだため、101系による夏季の臨時運行はなくなった。
御茶ノ水駅を境に中央緩行線と総武緩行線の直通運転(以下、本節では「中央・総武線」と表記)が実施されている。
朝夕ラッシュ時は約2 - 3分間隔、日中時間帯は約5分間隔で運行されている。ただし、千葉駅 - 津田沼駅間および中野駅 - 三鷹駅間では運行間隔が広がる。なお、中野駅 - 三鷹駅間では平日と土曜・休日で1時間の運行本数が異なり、平日は8本であるが、土曜・休日は12本となる(いずれも地下鉄東西線直通電車4本を含む)。これは土休日の中央線快速電車が高円寺駅・阿佐ケ谷駅・西荻窪駅を通過するためである。なお、平日中野駅 - 三鷹駅間で各駅に停車する中央線快速電車は1時間に9本運転されており、これを合わせると同区間は1時間に17本となる。
平日の日中を中心に、中央・総武線と地下鉄東西線直通電車(三鷹駅発着)は中野駅で乗り継ぐ形になる(主に中央・総武線の中野駅発着が2本連続する時間帯)。また、平日朝夕ラッシュ時には津田沼駅 - 西船橋駅間でも地下鉄東西線直通電車が運転されており、その部分で西船橋駅折り返しが設定されている。中野駅および西船橋駅では、平常ダイヤにおいて2 - 3分程度乗り換え時間が確保されている場合もあるが、遅延した場合でも双方の接続の考慮は基本的にされない。
土休日夜間(新宿駅基準西行19時以降)は1往復を除いて中野駅で折り返す電車はなく、中野駅隣接の中野電車区入庫もしくは三鷹駅発着となる。なお、土休日のこの時間帯における東西線電車の三鷹駅直通は西行・東行の各1本を除きすでに終了している。
御茶ノ水駅では中央線快速系統の電車と対面乗り換えできるものの、双方の接続は行われない場合がある。一方、総武快速線系統の電車とは対面乗り換えができず、分岐駅である錦糸町駅での接続は考慮されない。
かつては、平日朝ラッシュ時を中心に千葉方面から飯田橋駅で折り返す電車もわずかに設定されていた。しかし、現在は市ケ谷寄りに設置されていた引上線が撤去され、折り返し運転が不可能になっている。 その空いたスペースを利用してカーブに掛かっていた飯田橋駅のホームを市ケ谷方にずらす工事が行われたため、現在、折り返し運転が行われていたものを示すものは残っていない。
幕張始発の列車が土休日朝の西行きに1本存在している。また、2020年3月改正より平日夕方に幕張駅折り返しの列車が設定されたが、2022年3月12日改正で廃止された。
2路線以上の相互直通運転が実施されている路線は、ダイヤが乱れた場合に直通運転を中止する事例が多い(本路線と地下鉄東西線、横須賀線と総武快速線、東海道線と宇都宮線・高崎線、中央線と青梅線、埼京線とりんかい線・川越線など)が、中央・総武線ではまれである。境界となる御茶ノ水駅の折り返し設備が十分ではないためで、隣の水道橋駅に折り返し設備が設置されている。この折り返し設備は御茶ノ水駅 - 中野駅間で中央緩行線が不通になった場合に使われている。また、同様にダイヤが大幅に乱れた場合、幕張駅で運転を打ち切って折り返す場合もある。
同年10月1日のダイヤ改正から、前述と同様の電車を使用した快速電車が中野駅 - 木更津駅間で6往復が運行、翌1969年(昭和44年)10月1日のダイヤ改正から中野駅 - 成田駅間でも快速電車が2往復運行された。この快速電車は、中野駅 - 千葉駅間での停車駅は中野駅 - (中央緩行線内各駅停車) - 御茶ノ水駅・秋葉原駅・両国駅・新小岩駅・市川駅・船橋駅・津田沼駅・千葉駅で、千葉駅以降の停車駅は、成田駅直通列車は四街道駅、佐倉駅に停車、木更津駅直通列車は2往復が五井駅のみで、4往復が各駅に停車した。最盛期には日中を中心に13往復が運行され、1972年(昭和47年)7月15日の総武快速線開業の前日まで運行された。快速電車の秋葉原駅 - 千葉駅間の所要時間は最速40分(平均43 - 46分)で、同区間の各駅停車の所要時間50 - 54分に比べて8 - 10分の短縮を実現したが、待避駅不足や快速通過駅での前後の電車との間隔が10分以上開くことなどが災いして利用客には不評だった。