東線の高尾から西線の中津川までにかけては勾配のきつい山岳路線となるため、牽引定数や抑速ブレーキの関係上、乗り入れ可能な機関車が次のように限定されている。

• EF64形電気機関車（西線のみ。かつては東線でも使用。重連総括運転が基本）
• EF64形1000番台電気機関車（東線のみ。単機牽引が基本だが、秋・冬季は一部列車で空転対策のため重連総括運転となる）
• EH200形電気機関車（東線のみ）

ただし、東線の国立 - 八王子間と西線の名古屋 - 多治見間は山岳区間に入る手前の平坦線区のため、南武線や武蔵野線、および東海道本線から乗り入れる次の平坦線区向け機関車も入線することができる。

• EF65形電気機関車（国立 - 八王子間・多治見 - 名古屋間）
• EF210形電気機関車（国立 - 八王子間）

<gallery style="margin-left:3em;"> ファイル:Ef641012.jpg|EF64形1000番台 ファイル:EH200-4.jpg|EH200形 </gallery>