仙山線
(1978年8月3日 - 1990年3月9日)
朝のラッシュ時に仙台 - 作並間の運用に就いていた。こちらも2ドア車であったため、719系導入と同時に運用が消滅している。
7月20日:奥羽本線北山形駅構内で発生した信号設備火災の影響で、作並 - 山形間が26日まで運休。
2014年(平成26年) 3月15日:【駅廃止】西仙台ハイランド、八ツ森 4月1日:全線が新設の仙台近郊区間となり、作並駅、山寺駅でICカード乗車券「Suica」サービス開始。 12月3日:午前7時40分頃、山寺 - 面白山高原間で、雪の重みで傾いた木が架線に触れて停電が発生。上り山形発仙台行快速 (3832M) が、およそ8時間にわたって立ち往生。乗客およそ300人が閉じ込められたが、午前10時20分頃に、ディーゼル除雪作業車で使い捨てカイロや食料が届けられたことから、けが人や体調不良を訴える人はいなかった。午後3時35分頃に、運転再開し列車は山寺駅に引き返した。仙台駅行きを希望する乗客についてはバスで輸送した。
2015年(平成27年)3月14日 - 利用客減少に伴い、奥新川駅、面白山高原駅に停車していた快速が全て同駅通過になる。
2016年(平成28年)12月9日 - 仙山線の一部列車にE721系1000番台導入。
2017年(平成29年) 10月14日 - 701系の定期運用がなくなる。 11月11日 - リゾートやまどりによる全線開通80年記念列車「食べっしゃ」運行など記念イベント開催。
2018年(平成30年)3月17日:全列車4両もしくは6両での運行になる。
2019年(令和元年)10月:台風19号の影響により、北山駅 - 東北福祉大前駅間で土砂流入の被害を受ける。
2022年(令和4年) 1月8日 - 普通列車の一部について、奥新川駅・面白山高原駅の両駅が冬期通過駅となる。2021年度は2月28日まで実施、2022年度は12月10日から2023年3月17日まで実施。
山形側では、古くより奥羽本線の山形以南の赤湯・米沢方面や羽前千歳以北の楯岡(山形新幹線開業後、村山駅に改称)・新庄方面への直通運転が行われていたが、1992年の山形新幹線(福島 - 山形間)の開業に伴う標準軌改軌により、赤湯・米沢方面への直通が不可能となった。その後も楯岡・新庄方面への直通運転は行われたが、1999年の山形新幹線(山形 - 新庄間)の延伸開業後は羽前千歳以北への直通も不可能となり、奥羽本線とは完全に分離された状態となった。
仙台側についても、以前は福島駅・岩沼駅・白石駅・松島駅・小牛田駅発着の東北本線直通列車が定期列車として運行されており、仙台空港鉄道仙台空港線(仙台空港アクセス線)の開業と同時に仙台空港駅まで相互直通運転を求める動きもあった。仙台空港線の建設にあたっては、仙山線の高速化および仙台空港アクセス線との相互直通化の調査を1999年(平成11年)度から国土交通省が行い、各界からも両件の実現を望む声が強かった。続いて東北運輸局も両件に関して「公共交通活性化総合プログラム」の調査を行った。
しかし、2005年12月に行われた宮城・山形両県知事とJR東日本との会談では、仙台空港線開業と同時に仙山線と直通運転するのは困難との見解がJRから示された。
仙台駅 - 東照宮間では、かつての東北本線小田原東丁駅(1944年休止)付近(小田原3丁目 - 4丁目、旧キリンビール敷地)に新駅を設置する案が数度提起されており、1986年12月には仙台市議会に小田原駅(仮称)が請願されたが、2020年現在、小田原東丁駅の再開もしくは小田原駅(仮称)の新駅開業に向けた具体的な動きはない。
この他、青葉区中江付近から北仙台駅までを高架化し、新石巻街道踏切付近に新駅(中江駅)を設ける構想もある。高架化案に対しては東照宮駅付近の景観を害するものだとして、地元住民から反発の声も上がっている。仙台市議会の議事録における議員や仙台市当局の発言をまとめると、中江付近の立体交差についてはJRも同意しているので、時期は未定だが建設される見込みである。一方で、複線化は難しいとのことである。
当時のJRは、仙山線の遅延が他線に波及するのを防ぐため東北本線直通列車を漸次縮減しており、仙台空港線の開業と同時に行われた2007年3月18日のダイヤ改正では東北本線直通列車(愛子発岩沼行2本)を全廃している。同日のダイヤ改正以降、東北本線に直通する定期列車は1本も設定されていない。
2007年4月・5月には団体専用臨時列車として山形・仙台空港間を直通する列車が設定されたが、仙山線 - 仙台空港アクセス線を直通運転する臨時列車はこれを最後に一度も運行されていない。その後、山形県の議会や行政を中心に仙台空港線への直通を求める要望が度々論議に上がっているが、仙台空港アクセス線は都市型ワンマン運転を実施しているためE721系500番台とSAT721系電車のみの限定運用となっており、JRは仙台駅 - 仙台空港駅間のダイヤ乱れを防止する観点から仙山線との直通運転には難色を示している。
この他、山形新幹線の計画が浮上した当初は、仙台駅で分岐し仙山線を標準軌に改軌して山形駅まで乗り入れるというルートが示されていたが、米沢市や上山市など県内の中央部を走ることで地域活性化につなげたいという山形県内からの要望により、福島駅分岐・奥羽本線経由に変更された。