中央線の新宿駅 - 高尾駅間は、路線の南側に併走している京王電鉄の京王線、高尾線、井の頭線と競合関係にある。そのため、中央特快や通勤特快といった速達電車の運行や、新宿駅 - 八王子駅間や吉祥寺駅 - 渋谷駅間などを特定運賃として通常のJR運賃より割安に設定するといった対抗策が講じられている。

新宿 - 青梅線拝島駅間では西武鉄道の新宿線・拝島線とも競合をしているが、西武新宿駅の立地がよくないこと、また西武線の輸送の重点は所沢・本川越方面であり運行本数に差があることから、大きな競合関係には至っていない。しかし、2008年6月14日の西武鉄道ダイヤ改正で、西武新宿 - 拝島を43分で結ぶ新種別「拝島快速」が登場している。

東京 - 荻窪間では東京地下鉄丸ノ内線とも競合しており、御茶ノ水・四ツ谷・新宿の各駅では両線が接続している。中央線では東京・御茶ノ水・四ツ谷・新宿・荻窪の順に経由するのに対し丸ノ内線は御茶ノ水・東京・四ツ谷・新宿・荻窪の順で経由している。

本項では特に競合が激しい京王線と新宿 - 八王子間（京王線は新宿 - 京王八王子間）を例に比較する。

運賃

前述のようにJRは特定運賃として新宿 - 八王子間に割安な運賃を設定しているが、通勤6か月以外はなお京王に軍配があがる。

普通運賃は、京王が350円であるのに対し、JRは特定運賃を適用した上で460円である。

定期運賃は、JR利用が安くなるのは割引率の高い通勤6ヶ月のみで、差の大小はあるもののその他の定期券は京王線の方が安くなる。通学定期券もJRの中学生用通学定期券より京王の通学定期券（一律）の方が安い。

所要時間

京王線（特急および準特急）と中央線（特別快速）を、平日の日中で比較した場合、中央線が約40分、京王線が約37分となり京王線のほうがやや早い。（JRと京王の駅が離れている点を考えると、利用者の最終目的地や鉄道・バスへの乗換えの有無によって判断は分かれるところである）

最速は中央線特急列車（有料）の「あずさ」「かいじ」の約33分だが、こちらは500円の自由席特急料金が別途必要である。

終電

八王子（京王八王子）への最終電車は、京王線が0:01発の急行高幡不動行（終点より各駅停車京王八王子行）であるのに対し、中央線は0:41発の各駅停車高尾行で0:11に中央特快が運転されているので、深夜帯の運転及び最終電車については中央線に軍配が上がる。