起点は盛岡駅であるが、2018年3月17日のダイヤ改正までは釜石駅で接続する釜石線などとあわせて盛岡駅に向かう列車が下り扱い(列車番号が奇数)となっていた。ワンマン運転は行われていない。運行本数は少なく、特に、全区間を直通する列車は1日に4往復のみとなる。そのうち1往復半(下り2本、上り1本)は、主要駅停車の快速「リアス」である。宮古駅間の区間列車の設定がある。上米内駅間は、通勤輸送として朝に2往復(うち1往復は休日運休)の設定があり、200人程度の利用を支えている。年によっては上米内駅近くにある浄水場内の「しだれ桜」の開花時期に臨時列車を設定している。上米内駅より見える高台にある「桜台団地」から朝夕の列車に片接続するバスが走っている。宮古駅前間直通の「106急行バス」が頻繁に(ほぼ1時間に1本)運行されており、山田線は極めて不利である。この状況に対して、JR東日本盛岡支社は、車両の置き換えによる車内居住性向上や新幹線との接続強化による首都圏との到達時間短縮などを行っており、2007年にキハ52・58系気動車からキハ110系気動車(キハE130系が投入された水郡線からの転属車両)に置き換えられ、非冷房車は姿を消した。最近は、車両の変更のほか、部分的ではあるが改修工事が進んでいる。無人駅の駅舎建て替え、レールの重量化や長大トンネル内のロングレール化、枕木のPC化などである。宮古間2分弱のスピードアップ)。無人駅の駅舎建て替えについて、盛岡支社管内では、旧国鉄時代に建築され現在不使用となっている駅舎(駅務室スペースや物置など)の建物面積に対する固定資産税が多いためコスト削減の目的で省スペースな待合室のみの駅舎へ建て替えられているケースが多い。宮古駅間の閉塞方式をスタフ閉塞式に変更し臨時ダイヤで運行していた期間があった。6](先行して同年3月25日より閉塞方式を連査閉塞式から特殊自動閉塞式へ変更し、区界駅を棒線化)。その結果、駅員配置駅が盛岡駅と宮古駅のみとなり、途中駅がすべて無人駅となった。上米内駅間の利便性向上を図ることを目的に、最終列車の延長等の社会実験を行っていた[16]。乗車人員数が目標値に達せず、増便は終了となった[17]。釜石駅間(JR運行当時)編集この区間は東日本大震災のため運休していたが、復旧後の2019年3月に三陸鉄道へ移管された(後述)。下記は震災前の運行形態を示している。車両は釜石線と共通運用のキハ100形(「快速はまゆり」と間合い運用される列車はキハ110系)気動車と、三陸鉄道南リアス線・北リアス線から乗り入れてくる36-100形気動車を使用していた。両方とも、ワンマン運転を行っていなかった。宮古駅間より本数が多く、1時間から2時間に1本程度の運行になっていた。盛岡駅間には釜石線経由で快速「はまゆり」1本が運転されていた。三陸鉄道南リアス線・北リアス線と相互直通運転を行っており、震災前の時点では1往復が三陸鉄道の車両で運行されていた。八戸駅間に三陸縦貫列車「リアス・シーライナー」が夏季に運転されていた。東北本線を回る盛岡発盛岡行きの循環急行「そとやま」・「五葉」が設定されていた。釜石製鉄所が高炉を24時間体制で操業していた時代には、釜石線とともに夜勤者用に時刻表非掲載の深夜列車が運行されていた。岩泉駅間に設定されたりもしている。宮古間の快速「ふるさと宮古」または、「さんりくトレイン宮古」が運転される。釜石間で運用されていた。東日本大震災まで三陸鉄道直通列車で運用された。宮古間におけるキハ52形、キハ58形気動車の運用は終了し、非冷房車は姿を消した(キハ110系は2007年10月21日から一部運用開始)。