旅客は各駅に停車する普通列車が森河原〜新川・新川〜河野・河野〜支倉・支倉〜藤村で運行される。普通列車は森河原〜新川と新川〜河野が201系、河野〜支倉が211系、支倉〜藤村が115系での運行である。快速列車は新川〜支倉の運転で途中の赤根・白銀台・兎月を通過する。車両は211系電車を使用するためかなりの速達性がある。特急は「ささら」が新川〜支倉で運行される。途中の停車駅は河野のみで車両は485系電車を使用する。貨物列車も運行されており牽引機は全線を通してEF81が使用される。貨物は北新川〜支倉と支倉〜藤村での運行になっている。 支倉を境に大きく運転系統が分断されているため、社内では支倉以南を「新川南線」以北を「新川北線」と呼称することもある。
新川港支線は非電化のためDD51牽引の貨物列車が運行されていたが、2047年に運行休止となった。
森河原から新川までは笹鉄線でもっとも駅間が長い。途中には笹瀬川第一橋梁があり、笹瀬川と貨物線を跨いでいる。新川を出ると河野までは住宅地がひろがる。河野からは一転、田園風景の中を走り、線路は高度を増していく。新川線で最も高い支倉にはビジネス街が形成され始めている。支倉では定期列車はすべて運転が打ち切られ新川・藤村双方に折り返し運転を行っている。新川運転所支倉派出を過ぎると列車は支倉トンネル(1863m)に突入する。トンネルの中央付近がサミットになっており、ここからは一転下り勾配が続く。しばらくは山中を走るが、紅瀬の手前からは笹瀬川に沿って走り、支倉〜藤村では最も大きい町、三咲向坂に到着する。三咲向坂を出ると、まもなく藤村線と合流し、藤村に到着する。
● 新川線 ●:停車 ▼:下りのみ停車 |:通過 (ライナーは下りのみ運行)
| 駅名 | えきめい | 快速 | 急行 | 特急 | ライナー | 単/複 | 備考 |
| 森河原駅 | もりがわら | ‖ | 接続:森河原線 | ||||
| 新川駅 | あらかわ | ● | ● | ● | ▼ | ‖ | 接続:藤村線 |
| 多丸駅 | たまる | ● | | | | | | | ‖ | 接続:春日山線 |
| 河野駅 | こうの | ● | ● | ● | | | ‖ | 接続:笹瀬川線 |
| 赤根駅 | あかね | | | | | | | ‖ | ||
| 白銀台駅 | しろがねだい | | | | | ▼ | ‖ | ||
| 戸梁駅 | とばり | ● | | | ▼ | ‖ | ||
| 兎月駅 | とげつ | | | | | ▼ | ‖ | ||
| 支倉駅 | はせくら | ● | ● | ▼ | ‖ | ||
| 悠木駅 | ゆうき | ∨ | |||||
| 東儀駅 | とうぎ | ◇ | |||||
| 紅瀬駅 | くぜ | ◇ | |||||
| 天池駅 | あまいけ | ◇ | |||||
| 三咲向坂駅 | みさきこうさか | ● | ● | ◇ | 接続:笹瀬川線 | ||
| 西藤村駅 | にしふじむら | | | | | ◇ |
| 種別名 | 起点駅 | 経由 | 終点駅 | 本数 | 備考 |
| 特急ささら | 新川 | 新川線 | 支倉 |
下り:1本/2日 上り:3本/4日 |
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| 急行ささせがわ | 新川 | 新川線・笹瀬川線・新川線 | 藤村 | 1本/4日 | |
| ホームライナー支倉 | 新川 | 新川線 | 支倉 | 下り:1本/4日 | |
| 快速 (新川線) | 新川 | 新川線 | 支倉 | 1本/1日 | |
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快速
(春日山線直通) |
新川 | 新川線・春日山線・藤村線・新川線 | 三咲向坂 | 1本/2日 | 茅原岩崎〜三咲向坂普通 |
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快速
(藤村線直通) |
新川 | 藤村線・新川線 | 三咲向坂 | 1本/2日 | 茅原長門停車 |
| 普通 A | 新川 | 新川線 | 河野 | 2本/1日 | 一部茅原岩崎から直通 |
| 普通 B | 河野 | 新川線 | 支倉 | 1本/1日 | |
| 普通 C | 支倉 | 新川線 | 藤村 | 1本/2日 | |
| 普通 D | 新川 | 新川線・遠坂線 | 植田遠坂 | 1本/2日 | |
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普通
E (春日山線直通) |
新川 | 新川線・春日山線 | 春日山 | 1本/2日 |