東急東横線
2013年3月16日に東横線渋谷駅 - 代官山駅間(約1.3km)が地下化され、渋谷駅で東京メトロ副都心線との相互直通運転が開始された。
すでに副都心線では2008年の開業時から、途中駅である小竹向原駅で西武池袋線(西武有楽町線経由)と、終点の和光市駅で東武東上線とそれぞれ相互直通運転を実施しており、東横線と副都心線との相互直通運転と同時に、みなとみらい線・東横線から副都心線を介して西武池袋線飯能駅(西武車の一部と東急車10両運用の一部は回送で武蔵丘信号場)および東武東上線森林公園駅に至る、鉄道5事業者(東武鉄道・西武鉄道・東京地下鉄・東京急行電鉄・横浜高速鉄道)による相互直通運転が開始された。これに先立ち、西武池袋線では保谷駅を島式1面2線から2面3線に拡張する工事が行われたほか、2011年夏頃からは東京メトロ7000系 ・東武9050系・西武6000系が終電後の東横線内において試運転を実施していた。また、逆に東急5050系(4000番台含む)が副都心線(及び有楽町線)や東武東上線内、西武池袋線内で試運転を実施していた。2012年9月から東横線では東京メトロ10000系・7000系が、副都心線では東急5050系が先行営業運転をそれぞれ行っていた。これにより、直通運転開始後は廃止される地上の渋谷駅に東京地下鉄の車両が入線することになり、多くの鉄道ファンのほか、一般の利用客にも写真を撮られるなどして注目された。
この相互直通運転開始により、西武の車両が初めて神奈川県内でも営業運転を開始した。
副都心線開業前の2002年初頭、東横線と副都心線との相互直通運転が正式に決まり、東京地下鉄の前身である営団地下鉄側は計画を次のように一部変更した。
田園都市線と並ぶ東急電鉄の基幹路線であり、東急電鉄の前身の一つである東京横浜電鉄が開業させた。通勤路線であると同時に、東京と横浜という2つの都市を結ぶ都市間鉄道路線(インターアーバン)でもある点が特筆される。沿線には渋谷、代官山町、中目黒、自由が丘、田園調布、武蔵小杉といった街を抱える。 途中経路はやや異なるものの、渋谷駅 - 武蔵小杉駅 - 横浜駅間は東日本旅客鉄道(JR東日本)の湘南新宿ラインと競合関係にある。2001年(平成13年)開業の湘南新宿ラインに対抗するために、前年の2000年(平成12年)から特別料金不要の特急(東横特急)を運行しており、速達化を図っている。
もともとは横浜駅から先の桜木町駅が終点であったが、2004年(平成16年)に横浜高速鉄道みなとみらい線(横浜駅 - 元町・中華街駅間)が開業して当路線との相互直通運転を開始するのに伴い、横浜駅 - 桜木町駅間は途中駅の高島町駅とともに廃止された。
田園調布駅 - 日吉駅間は複々線であり、うち2線の線路を使用して東横線のバイパス機能を果たしている目黒線(目黒駅 - 日吉駅間)が並走する。
その後、工事の進捗により2007年8月23日のダイヤ改正から、日吉駅の待避線と引き上げ線の使用を中止し、これらを目黒線のものに置き換える工事が開始された。
待避線の使用中止に伴い、それまで日吉駅で行われていた各駅停車と通勤特急や急行との緩急接続および特急の通過待ちなどは、すべて隣の元住吉駅での通過待ちとなった。
引き上げ線の使用中止に伴い、それまでの日吉駅発着の列車は廃止され、すべて武蔵小杉駅もしくは菊名駅発着となった。これにより、東京メトロ日比谷線直通電車は終日菊名駅に乗り入れるようになった(それまでの日中運用では日吉行であった)。
かつて東横線が使用していた線路の一部を整備して目黒線用の線路とし、同線を2008年6月22日に日吉駅まで延伸させた。
目黒線は、武蔵小杉駅 - 元住吉駅間の北側約200mの位置(旧駅舎のホーム付近)までは、東横線が高架化前に使用していた地平の線路を使用する。前述した通り、この区間は武蔵小杉と元住吉検車区とを結ぶ回送列車も使用する。旧駅舎のホーム跡付近で元住吉検車区への入・出庫線と分岐した後、その分岐点で東横線旧本線を撤去して建設された上り勾配線を使用して、高架にある元住吉駅構内に進入する。
元住吉駅 - 日吉駅間は、高架化前の東横線の部分(現在の東横線の内側)を走る形になる。
当初は同年3月の延伸予定(横浜市営地下鉄グリーンラインとほぼ同時)だったが、3か月遅れることになった。
2004年2月1日から、横浜駅で横浜高速鉄道みなとみらい線と相互直通運転を行っている。
横浜駅では東横線の渋谷方面発横浜行き(平日1本、土休日2本)と横浜発東横線渋谷方面行き(平日1本のみかつ急行)および、みなとみらい線の横浜発元町・中華街行き始発電車を除く全列車が直通運転を行っているほか、横浜駅では会社間における乗務員の交代を行わずに東急の乗務員が引き続きみなとみらい線内を通しで乗務すること、横浜高速鉄道の自社車両であるY500系が東横線の元住吉検車区所属であること、みなとみらい線内の駅業務を東急の子会社である東急レールウェイサービスが受け持っていることなど、東横線とみなとみらい線は事実上一体となって運行されている。
戦後、東横線の利用者数が増えるにつれて編成数の増加などを行い、1969年の8000系(2008年運転終了)の登場以降、3つドア18m車から、4つドア20m車のみの増備となった。これに伴い前者は、日比谷線直通電車だけで運用されるようになった。昭和末期になると、さらに混雑が深刻化したため、東横線渋谷 - 桜木町(当時)間を運行する列車は順次20m車8両編成へと増強された。
2011年(平成23年)1月25日付けで、国土交通省は鉄道事業者に対しホームドアの設置計画の提出を求め、同年2月8日に公表された報道発表資料によると、東横線はすべての駅にホームドアを設置すると記されている。この時公表された整備計画では具体的な設置時期については検討中としていたが、2015年1月9日に東急電鉄は2020年を目標に東横線内全駅の設置を目指すと発表。各駅での設置工事が順次行われ、2020年初頭に全駅でのホームドア整備が完了した。
東横線でのホームドア設置にあたり、駅手前および駅構内に、自動的にブレーキを掛けてホームの定位置に列車を停止させるTASC(定位置停止装置)の地上子を設置しており、駅での停車時には、TASCによるブレーキが列車に掛かるようになっている。渋谷駅のホームドアについては2013年3月16日の副都心線への直通運転開始と同時に地下に新設されたホームに設置されている。
2013年(平成25年)度 - 中目黒駅(1番線、4番線)、学芸大学駅に設置。
2014年(平成26年)度 - 代官山駅、武蔵小杉駅、横浜駅に設置。
2015年(平成27年)度 - 都立大学駅、新丸子駅、元住吉駅、大倉山駅、菊名駅下りホームに設置。
2016年(平成28年)度 - 日吉駅、菊名駅上りホームに設置。
2017年(平成29年)度 - 自由が丘駅、綱島駅、妙蓮寺駅に設置。
2019年(平成31年・令和元年)度 - 多摩川駅、白楽駅、東白楽駅に設置。