おおむね1時間に1本が運転され、飯田市、駒ヶ根市、伊那市などの南信地方主要都市を結んでいる。天竜峡 - 辰野間では一部の列車でワンマン運転が行われている。また、飯田 - 辰野 - 岡谷 - 塩尻 - 篠ノ井線経由・長野間を快速「みすず」が結んでおり、このうち一部は飯田線内各駅に停車する。

特急「伊那路」のほかは普通列車と一部の快速列車の運行であるが、一時期、臨時特急「ふれあい伊那路」が豊橋方面から駒ヶ根まで運行されていた。

普通列車はほぼすべてが中央本線の岡谷まで直通しており、中央本線の辰野 - 岡谷間は飯田線と一体の運行になっている。先述の快速「みすず」ほか一部列車は岡谷より先の中央本線上諏訪または茅野まで直通する。