特急「あずさ」・「スーパーあずさ」が、新宿駅（「あずさ」のうち1本は千葉駅）を起点に塩尻駅から篠ノ井線に乗り入れ、松本駅や、大糸線白馬駅・南小谷駅まで運転されている（土・休日や多客期には増発される。上り「あずさ」には東京駅、千葉駅行きもある）ほか、これを補完する形で新宿駅（一部は東京駅）からの特急「かいじ」が土・休日のみの横浜方面からの「はまかいじ」とともに途中の甲府駅（一部は竜王駅）まで運転されている。また、長野県内の広域輸送として、信越本線長野駅と飯田線飯田駅、または天竜峡駅とを結ぶ快速「みすず」が、塩尻駅 - 辰野駅間（途中みどり湖駅、岡谷駅を経由し同駅で方向転換）で運転されている。

また、主な臨時列車として以下の列車が運行される。

• 夜行快速 「ムーンライト信州」・「ファンタジー舞浜」（旧ルンルン舞浜）
• 「ホリデー快速ビューやまなし」