新横浜線を介して相鉄と東急を直通する列車は一日100往復（上下200本）。この他、東急線方面から新横浜駅発着の列車が設定される（相鉄方面からの新横浜駅行きは早朝、深夜に一部設定）。基本的な運行パターンは相鉄本線から新横浜線を介して目黒線直通、いずみ野線から東横線直通。この他、2019年から運行を開始したJR直通列車が設定される。
日中は本線海老名駅から東急目黒線、三田線直通列車（相鉄線内各駅停車、東急線内急行）が30分間隔、いずみ野線湘南台駅から東急東横線直通列車（相鉄線内各駅停車、東急線内急行）が30分間隔のパターンで運行される。
ラッシュ時間帯（平日西谷駅午前7時～8時台）は、東横線直通は全列車がいずみ野線湘南台駅始発（早朝は海老名駅始発4本を設定）で、相鉄線内通勤特急が30分間隔、各駅停車が30分間隔、合わせておおむね15分間隔で運行。西谷駅で同じく15分間隔の海老名駅発横浜駅行き本線特急列車と接続する。
一方、目黒線直通方面はいずみ野線からの列車も設定され、南北線にも乗り入れるためX字型、4通りの運行形態となる。具体的には本線海老名駅始発列車7本（特急4本、各駅停車3本）が南北線に4本、三田線に3本直通。いずみ野線湘南台駅始発列車5本（通勤特急1本、各駅停車4本）が南北線に2本、三田線に3本直通。午前7時16分からの1時間はおおむね5～10分の間隔で運行する。
