千歳線
千歳線には臨時列車も数本運転されている。過去に運転された列車は以下の通り
優駿浪漫号 - 使用される車両は不定で、2007年時点ではニセコエクスプレス車両が使用されている。最短編成はキハ40の1両だったこともあり、札幌駅発着の列車では異例であった。
ヘルシーウォーキング号
道南さくらエクスプレス - 2011年のゴールデンウィークにノースレインボーエクスプレス車両で運転。
新千歳空港駅と周辺の大規模改修を行い、駅を千歳線の本線に組み込む形で苫小牧側に貫通させ複線化して石勝線を接続することが検討されている。実現すれば利便性が向上しJR北海道の増収効果も期待されており、早ければ2022年の完成を目指している。
その後、新千歳空港を含む北海道内の民営化される空港を運営する企業連合(北海道空港など)とJR北海道は、新千歳空港支線・新千歳空港駅を輸送力増強のため移設するとともに、苫小牧方面・石勝線方面への直通化に対応できる構造にする方針を示し、2030年までの完成を目指すとした。2020年7月には、北海道知事鈴木直道が、北海道内7空港の一括民営化に伴って運営事業者が国に支払う運営権対価約2920億円について、新千歳空港駅と道東・道南方面のスルー化への活用を国に要請した。