宇連川・天竜川沿いの小町村・小集落を縫って走る急峻な山岳路線である。列車は豊橋方面との直通が多いが、一部は豊橋方面から中部天竜または水窪まで、および天竜峡方面から平岡までの区間運転となり、列車はおおむね朝夕1時間1本、日中は2 - 3時間程度間隔が開く。中部天竜 - 水窪間には、川の対岸に渡らず戻ってくる通称S字橋こと第六水窪川橋梁がある。

かつて1987年から2006年まで、行楽シーズンに豊橋 - 中部天竜間でトロッコ列車「トロッコファミリー号」が運転されていた。