赤間駅を発車すると、左へカーブし、福岡県道69号宗像玄海線から離れる。福岡県道92号宗像篠栗線を越えてしばらく進んだところが東郷駅。付近には宗像ユリックスがある。

東郷駅を出ると、福岡県道97号福間宗像玄海線と並走する。福岡県道530号畦町村山田線とも並走し、まもなく国道3号に一旦接近する。国道3号に接近後は県道530号も離れるが、県道97号は引き続き並走する。右へ大きくカーブし、福津市へ入ると、左へ小さくカーブし東福間駅へ。当駅付近は福岡・北九州のベッドタウンとしての傾向が強く、当駅は住宅団地の発達に伴い開設されたものである。

東福間駅を出ると、福岡県道531号内殿手光線を越え、左へカーブを描き、福岡県道97号福間宗像玄海線から離れると福岡県道30号飯塚福間線を越え、福間駅へ。当駅は移転・新築工事が行われているが、現在の駅舎には1番線・2番線・3番線の鉄柱に「明治四十四年 鐵道院」「浦賀渠舩株式會社製造」という記述があり、現在ではかなり貴重である。移転・新築工事により、現在の駅舎は姿を消すことから、保存を望む声もある。また宮地嶽神社の最寄り駅でもあることから、大みそかから元旦にかけては初詣客で賑わい、多くの臨時電車が発着する。

福間駅を出ると、やや左にカーブを描いた後は直線が続き、古賀市へ入ると千鳥駅へ。その後、左手に古賀自動車学校を望み福岡県道35号筑紫野古賀線を潜る。その後は直線区間が続き、古賀市の中心古賀駅へ。駅前は中心商店街となっており、東口の駅前広場には特徴的なオブジェがある。

古賀駅を発車すると、直線が引き続く。その途中に、2009年3月14日に開業したししぶ駅へ到着する。駅周辺には比較的人気の少ない閑静な住宅街が広がり、開発途中の場所も所々で見られる。福工大前側の方は工場や発電所が軒を連ねる。駅前の西口はミニバスなどののりばや駐輪場が整備されているが、東口の方はまだ整備の途中段階にある。

ししぶ駅を発車すると、その後緩やかに右へカーブを描き、新宮町へ入ると国道495号に接近する。その後も直線が続き福岡市東区に入った直後に福工大前駅へ到着する。2008年3月15日に「筑前新宮駅」から駅名が変更された。駅周辺には高層マンションもある。

福工大前駅を発車すると、ゆるやかに左へカーブし、和白通り（国道495号）と並走する。和白通りと完全に並走を始めると、まもなく香椎線が右後方から左前方へオーバークロスする。香椎線はいったん左へ離れるが、ほぼ並走状態となる。和白通りとは引き続き並走し、香椎線がやや鹿児島本線に接近してくると、九産大前駅。付近を通る香椎線にホームはない。

九産大前駅を出ると、まもなく一旦離れていた香椎線の単線が接近し、完全に並走し、複々線状態となる。そのまま国道3号を潜り、福岡県道504号町川原福岡線を潜ると、まもなく香椎駅へ到着する。福岡市内のJR九州の駅では博多駅に次ぐ規模であり、福岡の副都心として発展している。また、150メートルほど西には西鉄香椎駅がある。

香椎駅を出ると、まもなく並走していた香椎線が左に別れる。その後、西鉄貝塚線が右手から接近し、香椎宮前駅付近より完全に並走する。なお、この駅について、鹿児島本線にホームはない。その後、電車は千早駅へ。当駅で西鉄貝塚線へ乗り換えができる。なお、西鉄の駅は「西鉄千早駅」であるが、駅舎はJR九州・西鉄ともに一体化している。2003年に開業し、福岡の東の副都心を香椎と同様に形成する。2006年には駅ビル「フレスタ千早」がオープンした。駅周辺は、高層マンションの建設ラッシュである。

千早駅を発車すると、西鉄貝塚線と並走を続け、やや右にカーブを切ったところが名島駅である。やはり鹿児島本線にはホームがないため、かつて存在した名島城にちなんだ和風造りの駅舎を有する当駅は右手に通過する。その後、国道3号が接近。西鉄貝塚線が国道3号と並走し、鹿児島本線が左に離れながら、多々良川を渡る。多々良川を渡り終えると、国道を含む3線が左にカーブし、鹿児島本線と西鉄貝塚線は福岡県道550号浜新建堅粕線を挟み、再び並走する。福岡高速4号線を潜ると、西鉄貝塚線は終点の貝塚駅へ。この駅より先は福岡市地下鉄箱崎線の地上区間となる。この線は福岡市営地下鉄空港線の天神に直通しているが、貝塚線と箱崎線の直通運転は行われていない。ただし、駅舎は同一となっている。

鹿児島本線は福岡県道550号浜新建堅粕線を挟んで右手に九州大学、左手に住宅団地を望みながら南進する。福岡県道21号福岡直方線を越えると、箱崎駅へ。その後、左手から福北ゆたか線が接近し、複々線となり博多区へ入ると、吉塚駅である。吉塚駅は福岡県庁の最寄り駅である。エキナカには「フレスタよしづか」がある。

吉塚駅を発車すると、なおも福北ゆたか線と並走し、まもなく左手から山陽新幹線も並走をはじめ、2複線1単線の5線が並走する。福岡県道607号福岡篠栗線を越え、その後福岡県道550号浜新建堅粕線が右手に別れると、地上を走る国道3号と高架の福岡高速2号線の間をすり抜けると、まもなく、九州最大のターミナル駅である博多駅へ到着する。並走してきた福北ゆたか線は同駅止まりであり、鹿児島本線下りには直通していない。

福岡市営地下鉄空港線や山陽新幹線、博多南線が利用できる。筑肥線の電車は姪浜駅より空港線へ直通し、博多駅を経由、福岡空港駅まで乗り入れる。また、博多駅より西唐津駅まで直通している。博多南線は山陽新幹線の回送列車を旅客化したものである。全列車愛称なしの「特急」扱いで、特急料金が必要。もちろん新幹線の車両を用いているが、在来線扱いである。JR西日本に所属する。

博多駅は福岡の都心であり、駅ビルにはマイング博多駅名店街や博多駅地下街、博多デイトスなどが入る。なお、博多口の駅ビルは、九州新幹線の全線開業に向けて、建て替え工事が行われている。駅前にはバスターミナルの博多駅交通センターがあり、福岡市内各地への交通の拠点となっている。