日中は愛川田代発着と城山発着の列車が20分のサイクルで交互に運行され、鶴川～相模四谷間で概ね８～12分間隔を維持している。ラッシュ時には鶴川～上溝間を中心として増発が行われるほか、優等列車として愛川急行・城山急行が愛川田代／城山～鶴川間に運転される。鶴川～相模四谷～城山間では４両編成・６両編成ともに使用されるが、愛川急行を含め相模四谷～愛川田代間に乗り入れる列車には交換設備などの制約から専ら４両編成が充てられている。以前の特徴であった分割併合を取り入れた運用は、2008年（平成20）年のダイヤ改正をもって全廃された。

愛川急行

朝６～８時台に４本（休日は７時台に２本）上りのみ、愛川田代発鶴川行きとして運転。相模四谷までの各駅と上溝、淵野辺に停車し、全列車が相模四谷にて城山発の各停鶴川行きに連絡する。1965（昭和40）年の淵野辺～上溝間複線化を契機として設定された急行がそのルーツで、当初は上溝まで各駅に停車していた。

城山急行

城山線区間のサービス向上を図る目的で1993（平成5）年のダイヤ改正より設定された。愛川急行と同様朝方上りのみの運転で、一部列車は相模四谷で愛川田代からの折り返し列車の接続を受けた上で上溝始発の各停鶴川行きに連絡するダイヤが組まれている。

各駅停車

終日にわたって全区間で運転される。日中は鶴川～愛川田代間と鶴川～城山間の列車をそれぞれ１時間に３往復ずつ運行。そのほか朝夕を中心に鶴川～本上溝／相模四谷間、相模四谷～城山／愛川田代間などの区間列車が設定されている。