小田原からは再び南南西に向かい、国道135号と並行する。海岸線近くまで箱根山の外輪山が迫る地形が急峻な区間であり、多くのトンネルが存在する。小田原 - 真鶴間は山が海に直接落ち込んでいるためトンネルが多い区間となっているが、トンネルの合間には蜜柑畑と相模湾の青い海が繰り返し見晴らせる。

小田原を過ぎると間もなくトンネルを潜り、箱根登山線が右手に分かれる。西湘バイパスをくぐり、早川を渡ると市街地の南端に位置する早川駅となり、海岸線近くの低地を進む。いくつかのトンネルを抜けると左手に真鶴道路が並行、国道135号を跨ぎ、根府川駅となる。根府川駅近くの白糸川鉄橋は鉄道ファンには有名な撮影地点として知られる。好天の時には北西側に箱根山の外輪山が見える。初代の根府川駅は関東大震災による土砂災害で停車していた列車ごと崩落して海中に沈み、現在も海底に当時のホームなどが残っている。

根府川を過ぎると1924年に完成した上路平行弦ワーレントラス橋である白糸川橋梁（かながわの橋100選）で白糸川を渡る。真鶴駅は相模湾の海の幸を水揚げする真鶴漁港の最寄駅であり、周辺には新鮮な魚介類を出す飲食店が軒を並べる。湯河原駅の手前では小田原以西で初めて平地部が広がり、この山の手には梅園で有名な幕山公園がある。湯河原は著名作家や政治家が隠れ家として利用した湯河原温泉の玄関駅であり、特に夏は吉浜海水浴場に向かう海水浴客でも賑わう。湯河原を出て湯河原温泉を流れる千歳川を渡ると静岡県に入り、泉越トンネルを抜けて伊豆山を越すと、伊豆半島の玄関口である日本有数の温泉都市でJR東海区間との会社境界駅である熱海駅に到着する。なお、この駅はJR東日本の管轄駅である。温泉街は熱海駅の南東側の太平洋岸（相模灘）にあり、駅と温泉街の間には土産物店が軒を並べる。熱海からはJR東日本の伊東線が分岐し、東京駅からの特急「踊り子」「スーパービュー踊り子」「リゾート踊り子」が直通している。