千代田線

只限早上與黃昏運行的JR常磐線直通各站停車往取手

代代木上原站起可直通至小田急小田原線的伊勢原站，而另一端的綾瀨站亦可直通至JR東日本常磐緩行線的取手站。

較特別的是由於千代田線與常磐緩行線運行形態已經一體化，實質上可視為千代田線延長。因此車站的列車導覽為強調常磐緩行線的存在，往綾瀨站的列車會廣播「此電車以綾瀨為終點站」，北千住站的常磐線直通列車則廣播為「常磐線各站停車」（這是因為北千住站是與常磐快速線的轉乘站）。遇上故障時多數會停止與小田急線的直通運行，與常磐緩行線的直通運行中止也不會停止綾瀨站2面3線的構造當中中線以外兩方向的折返運行，那怕是時刻表大幅混亂亦是如此（綾瀨站－松戶站間發生運輸事故時可以取消，但是最優先恢復）。常磐緩行線開的上行列車雖然大多數都直通至千代田線，近早上繁忙時間結束時至日間時段中心多數都設定千代田線側不直通至常磐線的列車，平日8至9時台半數以上往綾瀨或北綾瀨，日間約半數列車在綾瀨站或北綾瀨站折返。另一方面，繁忙時段平日黃昏夜間與週末假日早上大半直通常磐線，綾瀨站、北綾瀨站到發的線內列車甚少。

常磐線方向最遠直通至取手站，取手站到發只限早晚時段，日間、夜間時段不運行（週末假日的下午由14時起），主要以我孫子站到發運行。與常磐線的直通列車的首班車在北千住站到發，都在4時運行（松戶開往北千住、綾瀨開4時38分，北千住開往我孫子、北千住開4時54分）。東京地下鐵各線營業運行開始時刻不是5時也是在之後3分鐘以內（只有東西線東陽町4時58分開往西船橋），此列車是例外。在北千住站，往北千住的列車是常磐線快速往上野的首班列車，北千住開的列車可接續上野開的首班快速列車。末班車也有開往北千住（A線0時30分到）、始發（B線1時04分開往松戶），前者為常磐線快速往上野接續末班車，後者可接續此快速往松戶的末班車。尤其後者北千住開往松戶，是東京地下鐵線內唯一在1時運行的列車。

與小田急線的直通列車幾乎是全日設定，各站停車、準急、通勤準急（平日早上只限小田急側起直通）、急行運行。直通運行的範圍至伊勢原站、唐木田站為止，往唐木田在週末假日早上急行只限1班，實質上只直通小田原線[8]。越過複複線、三線路段運行列車只限早上與黃昏晚間，除此以外以成城學園前站、向丘遊園站到發為主體。類別一定程度上受時段限制，根據時段分為各站停車、準急、急行的3個類別運行。

截至2020年3月14日時刻表改正，作為特急以外的千代田線直通列車最長距離運行列車為取手站開往伊勢原站的急行（平日黃昏與週末假日黃昏各1班。營業距離100.2公里）[注 1]。此取手站－伊勢原站間的急行作為東京地下鐵直通列車全體不需特別收費的列車，超過半藏門線的中央林間站－南栗橋站間（營業距離98.6公里）成為最長。時刻表改正以前的最長距離運行列車為2016年3月26日時刻表改正起設定的取手站－本厚木站間的準急。另外此準急是在2000年12月2日時刻表改正以前的設定，當時在千代田線與常磐線直通類別只限準急。在此後，直通列車以唐木田站到發的多摩急行為中心，2003年3月29日時刻表改正，常磐線內到發的準急一度取消，至2016年3月26日為止之間唐木田站－取手站間（營業距離80.2公里）的列車是特急以外千代田線直通列車運行最長距離的列車。往唐木田站的列車在2018年3月17日以後只餘下A線取手站始發的各站停車在平日的1班，2019年3月16日時刻表改正改為北綾瀨站始發，2020年3月14日時刻表改正改在週末假日在松戶站始發。

若包括收費特急，千代田線直通運行最長距離的列車是北千住站－箱根湯本站間的特急「Metro箱根」（平日1班來回，週末假日3班來回，營業距離104.4公里）。同時東京地下鐵直通列車運行最長距離的列車變成2017年3月25日時刻表改正開始運行途經副都心線來往元町·中華街站－西武秩父站間（營業距離113.8公里）的收費座席指定列車「S-TRAIN」（週末假日只限1班來回）。但是此列車並非由東京地下鐵的車輛運行。

JR東日本車輛（以後本節皆稱JR車）的車次編號末尾為K，東京地下鐵車輛為S，小田急車輛為E。JR與東京地下鐵的車次編號與其他路線共通。小田急線內根據列車類別與運行次序排列車次編號。各公司的3社直通對應車輛基本上全部皆在直通運行範圍內，往唐木田則為小田急車輛設定。

2016年3月26日時刻表改正以前，充當3路線直通運用的車輛只限東京地下鐵車輛，沒有JR車輛直通小田急線與小田急車輛直通JR線。這是因為JR車輛與小田急車輛的列車無線無法感應對方（但是千代田線與常磐緩行線的保安裝置相同，小田急車輛由開始有和JR無線的準備工作。JR側實際也沒有使用，不過仍制定了車次編號末尾為「E」供小田急車輛用）。受此制約，綾瀨站到發列車只能在很少時段設定小田急線直通列車。為了減少不便，2013年4月起JR車輛、小田急車輛進行3路線直通運行對應工作[9]，並自2016年3月26日時刻表改正起3間公司開始直通運行[10]。結果在日間時段與平日黃昏夜間的直通列車已達1小時3班，除早上、末班車間外已是所有時段都有直通列車。

在經過這些改善後，2016年3月26日時刻表改正開始運行唐木田站到發的急行、多摩急行與本厚木站到發（平日早上B線1班為海老名站始發）的準急（平日早上繁忙時段時B線只通過經堂站、向丘遊園站全日停靠）。急行設定為於日間時段與平日早上繁忙時段時B線、週末假日黃昏、多摩急行外的時段，準急設定為早上與黃昏夜間。如同前述，在此以前包括至2018年3月17日為止的時刻表改正類別都取決於到發站。

綾瀨站至北綾瀨站的路段在開業當初採用3節編組的列車全日折返運行，形成獨立運行形態。但是導覽上卻不稱呼「支線」，只稱呼「千代田線」，沒有像丸之內線支線的車站編號一樣，此段與代代木上原站－綾瀨站間共通編號和同一路線記號。開業時用作設置的綾瀨站與車輛基地（綾瀨檢車區）連結的車庫線並有營業用，開業前的北綾瀨站根據需求預測將月台有效長度建為3節編組。此段全線高架，完全沒有地下段。

2002年3月23日起此路段的3節編組列車實施一人控制，綾瀨站0號月台、北綾瀨站設置月台閘門[11]。另外自動列車運行裝置（ATO）也先於代代木上原站－綾瀨站間引入。

2013年度的事業計劃將北綾瀨站的月台有效長度延伸至10節編組，並公佈實施由代代木上原方向直通運行北綾瀨的計劃[12]，2019年3月16日時刻表改正起北綾瀨開始運行10節編組列車[7]。當中一部分與小田急線直通運行。雖不位於與常磐線的直通運行路段，但也有JR車輛駛入。此以後綾瀨站－北綾瀨站間的區間列車基本上由3節編組運行，10節編組的區間列車只設定數班[7]。

霞關站附近與有樂町線櫻田門站連結、全長572公尺的單線聯絡線。此線在東京地下鐵稱為8、9號聯絡側線[13][注 2]，供有樂町線與南北線（市谷站構內兩線有聯絡線）車輛重整備進入綾瀨工場的回送與特急「Bay Resort」、東京灣大煙火祭（小田急線起直通往有樂町線新木場）等的臨時列車通過聯絡線。

東京地下鐵6000系（後）與直通千代田線的小田急浪漫特快60000型「MSE」（前）
（代代木上原站）

月台上的特急券自動售票機
（表參道站）

北千住站與小田急小田原線、箱根登山鐵道箱根湯本方向、小田急江之島線片瀨江之島方向之間有全車指定席的特急浪漫特快運行。2008年3月15日起開始運行，是東京地下鐵、營團也是日本的地下鐵系統史上首次出現指定席特急列車。車輛為小田急電鐵特地用於直通地下鐵的60000型「MSE」。

列車名方面，本厚木開往北千住為「Metro Morning Way」、北千住與大手町（只限平日）開往本厚木為「Metro Home Way」、北千住－箱根湯本間為「Metro箱根」、北千住－片瀨江之島間為「Metro江之島（只限週末假日，與Metro箱根併結）」。千代田線內的停靠站為北千住站、大手町站、霞關站、表參道站4站。但是由於線內不設任何待避設備，故此是被前後行走的列車夾着行走。受月台閘門限制，千代田線內的浪漫特快在上下列車時，10節編組列車只開1、4、5、7、8、9號車門上下車，6節編組只開1、4、5號車門上下車。

至2011年為止週末假日當中每年30日程度（運行日視乎年度有所不同）途經前述的與有樂町線的聯絡線開行小田急線起至新木場站直通的臨時特急「Bay Resort」。停靠站為表參道站與有樂町線的豐洲站、新木場站（停靠霞關站，但只作列車變向而運行停車，乘客不能上下車）。2011年10月[注 3]以後暫停運行，2012年3月17日時刻表改正後停運[注 4]。此外隨着2016年3月26日時刻表改正，往唐木田方向的「Metro Homeway」也廢除。

隨著這些列車開始運行，小田急線內的成城學園前站有一部分列車停靠。與一般列車同樣在地下鐵線內進行東京地下鐵運行乘務員（列車駕駛、列車長）交替，在乘務員交替的代代木上原站停車，但該站不可上下車（一部分列車會有車內售貨員上下車與車內售賣用的商品在代代木上原站裝卸）。車內售貨員只限小田急餐飲系統的浪漫特快服務員只限小田急線內展開業務。

這些列車不能只在東京地下鐵線內使用，要使用必須跨越小田急線（包括箱根登山線）與東京地下鐵線，無論距離（例：不可使用北千住站→表參道站，但可用於表參道站→成城學園前站等）。亦可只用於小田急線內和箱根登山鐵道線內。

2009年起，由特急浪漫特快的臨時列車代替過去由通勤形電車運行臨時列車（「丹澤紅葉號」→「Metro紅葉號」、「初詣&初日之出號」→「Metro新年號」）。

60000形「MSE」充當小田急線與東海旅客鐵道（JR東海）御殿場線直通的特急「富士山」，系統上可進行千代田線－小田急線－御殿場線的直通運行，2018年12月2日小田急旅遊舉辦的「MSE運行10周年紀念巡遊」用團體臨時列車首次運行綾瀨站開往御殿場站的「Metro朝霧號」[14][15]。

• 16000系 - 運行全線。
• 05系 - 只限於北綾瀨站－綾瀨站間運行。

• 
  16000系
• 
  試運行中的05系

東日本旅客鐵道（JR東日本）

• E233系2000番台

• 
  JRE233系2000番台

小田急電鐵

• 4000型
• 60000型「MSE」 - 特急浪漫特快專用。不能直通運行至JR常磐緩行線。

• 
  小田急4000型
• 
  小田急60000型「MSE」

• 5000系

  1969年（昭和44年）開業起使用。1981年（昭和56年）不鏽鋼外殼車輛自綾瀨－代代木上原間撤退，轉屬東西線。此後綾瀨－北綾瀨間仍然使用不鏽鋼外殼車輛，1999年（平成11年）起以鋁製原型車取代不鏽鋼外殼車輛，2014年（平成26年）5月30日停運。

• 6000系

  第1次原型車用於綾瀨－北綾瀨間，2014年停運。

  第2次原型車於2016年停運。不能直通小田急。　

  量產車於2017年5月12日停止直通小田急。2018年10月5日停止定期列車。2018年11月11日停運[16]。　

• 06系

  1993年（平成5年）啟用。2015年（平成27年）1月28日起脫離營運，同年8月9日回送新木場[17]，9月拆解[18]。

• 07系

  2008年（平成20年）9月11日起至同年12月之間，第1編組使用東西線色帶營運。　　

• 
  5000系
  （不鏽鋼外殼車輛）
• 
  5000系
  （鋁製原型車）
• 
  6000系
  （量產車）
• 
  06系
• 
  行走千代田線的
  07系
  （2008年9月30日 / 代代木上原）

國鐵、JR東日本

• 103系1000番台

  1986年（昭和61年）撤退，改造為105系、輸出車輛或廢車。

• 207系900番台

  2009年（平成21年）撤退，翌年2010年（平成22年）廢車。

• 203系

  2011年（平成23年）9月撤退，廢車或讓予海外。　

• 209系1000番台

  不能直通小田急線，故前面顯示圓圈E。2018年度撤退。

• 
  國鐵103系1000番台
• 
  JR203系
• 
  JR207系900番台
• 
  JR209系1000番台

小田急電鐵

• 9000型

  1990年（平成2年）撤退，2006年廢車。

• 1000型

  補充4000型，2010年（平成22年）夏頃撤退。　

• 
  小田急9000型
• 
  小田急1000型

所有車站皆位於東京都足立區內。

車站編號	中文站名	日文站名	英文站名	站間 距離	累計 距離	接續路線
C-19	綾瀨			-	0.0	東京地下鐵：千代田線 東日本旅客鐵道： 常磐線（各站停車）（JL19）
C-20	北綾瀨			2.1	2.1