利用者は全線を通すと山陽新幹線より多いが、利用者数の差が激しい路線である。理由は東北自動車道と同様に需要の多くが関東部分で構成されており、更に多くの利用客は東京駅～仙台駅・盛岡駅間が大半を占めるため。盛岡駅〜新青森駅間だと九州新幹線とほぼ同じ利用客数か、それ以下の利用客しかいない。ダイヤにもそれが現れており、「なすの」>「やまびこ」>「はやぶさ」の順に大宮駅から近い場所で各駅停車になる傾向が強い。

年表

開通当初・国鉄時代

1982年（昭和57年）6月23日：大宮 - 盛岡間開通。途中には鷲宮信号場・小山駅・宇都宮駅・那須塩原駅・新白河駅・郡山駅・福島駅・白石蔵王駅・仙台駅・古川駅・一ノ関駅・北上駅を設置。200系が営業運行開始。最高速度は210km/h。この時点では暫定開通で、速達タイプ「やまびこ」が5往復（うち1往復は臨時列車）、各停タイプ「あおば」が6往復の合計10往復（臨時列車も含めると11往復）であった。また、東北本線上野 - 大宮間に特急「新幹線リレー号」が運転され、大宮駅で東北新幹線と接続していた。
1982年（昭和57年）11月15日：建設工事が遅れていた上越新幹線大宮駅 - 新潟駅間開通。これに合わせて東北新幹線が本開通を迎え、定期列車が10往復から30往復に大幅増発された。
1985年（昭和60年）3月14日：上野 - 大宮間延伸、東北本線「新幹線リレー号」が廃止。上越新幹線列車も同区間への直通運行を開始。同区間の最高速度は110km/h。大宮 - 盛岡間最高速度が240km/hに向上。水沢江刺駅・新花巻駅が新設される。

国鉄分割民営化・ミニ新幹線開通など

1987年（昭和62年）4月1日：国鉄分割民営化に伴い、東北新幹線（上野 - 盛岡間）営業主体及び東北新幹線（盛岡市 - 青森市間）建設主体を東日本旅客鉄道（JR東日本）が承継。新幹線鉄道保有機構が発足し、東北新幹線（東京 - 盛岡間）鉄道施設をJR東日本へ貸付。
1990年（平成2年）3月10日：くりこま高原駅新設。
1991年（平成3年）6月20日：東京 - 上野間延伸。上越新幹線列車も同区間への直通運行開始。同区間最高速度は110km/h。
1991年（平成3年）10月1日：JR東日本が新幹線鉄道保有機構より東北新幹線（東京 - 盛岡間）鉄道施設を有償で譲渡される。新幹線鉄道保有機構が解散、鉄道整備基金が発足。
1992年（平成4年）7月1日：山形新幹線福島駅 - 山形駅間開通。同線との直通列車として「つばさ」が登場し、同列車用400系が営業運行開始。200系（K編成）「やまびこ」と400系「つばさ」が東京 - 福島間で併結運行開始。
1994年（平成6年）7月15日：E1系営業運行開始。同形式を使用する「やまびこ」・「あおば」を「Maxやまびこ」・「Maxあおば」に改称。
1995年（平成7年）12月1日：開通以来最大規模となる抜本的なダイヤ改正を実施。「やまびこ」・「Maxやまびこ」停車パターンが、大幅に見直され、仙台・盛岡駅方面への速達化及び混雑度分散化が図られる。「あおば」・「Maxあおば」のうち、東京 - 那須塩原間区間列車を「なすの」・「Maxなすの」として分離。400系「つばさ」は6→7両へ増結。
1997年（平成9年）3月22日：秋田新幹線盛岡駅 - 秋田駅間開通。同線との直通列車として「こまち」が登場し、同列車用E3系0番台が営業運行開始。同時に、E3系0番台併結相手としてE2系0番台（J編成）が営業運行開始。200系（K編成）・E2系0番台（J編成）「やまびこ」とE3系0番台「こまち」が東京 - 仙台・盛岡間で併結運行開始。E2系0番台（J編成）・E3系0番台を使用する一部列車で、宇都宮 - 盛岡間最高速度が275km/hに向上。「つばさ」を併結する「やまびこ」に使用される200系（K編成）が8→10両へ増結。東京 - 福島間では新幹線としては初となる17両編成列車登場。
1997年（平成9年）10月1日：北陸新幹線高崎駅 - 長野駅間（通称・長野新幹線）が開通し、E2系0番台（N編成）を使用する同線列車「あさま」が東北新幹線東京 - 大宮間への直通運行開始。列車愛称が行先別に整理され、「あおば」・「Maxあおば」が「やまびこ」・「Maxやまびこ」に統合されて廃止。東京駅に20・21番ホームが新設、東北・上越新幹線上野発着定期列車消滅。鉄道整備基金が船舶整備公団と統合し、運輸施設整備事業団が発足。
1997年（平成9年）12月20日：E4系が「Maxやまびこ」・「Maxなすの」として営業運転開始。
1998年（平成10年）12月8日：E1系による「Maxやまびこ」が東京 - 仙台間1往復に削減され、仙台 - 盛岡間での定期運用終了。E3系0番台「こまち」が5→6両へ増結。
1999年（平成11年）4月29日：東京 - 福島間でE4系「Maxやまびこ」と400系「つばさ」の併結運行開始。
1999年（平成11年）12月4日：山形新幹線山形駅 - 新庄駅間開通。「つばさ」用としてE3系1000番台営業運行開始。E1系が東北新幹線列車における定期運用終了。秋田新幹線「こまち」と併結する「やまびこ」から200系（K編成）が撤退、E2系0番台（J編成）に統一。これに伴い、E3系0番台「こまち」と併結するE2系0番台（J編成）「やまびこ」は宇都宮 - 盛岡間最高速度が275km/hに向上。
2001年（平成13年）9月21日：山形新幹線「つばさ」と併結する列車から200系（K編成）「やまびこ」が撤退し、E4系「Maxやまびこ」に統一。これに伴い、新幹線における17両編成列車が1度消滅。

盛岡 - 八戸間延伸・「はやて」登場

2002年（平成14年）12月1日：東北新幹線盛岡 - 八戸間延伸。途中にはいわて沼宮内駅・二戸駅新設。同区間最高速度は260km/h。同区間でデジタルATC（DS-ATC）を使用開始。東京 - 八戸駅間速達列車として「はやて」が登場し、同列車用E2系1000番台（J編成）が営業運行開始。秋田新幹線「こまち」と併結する列車が「やまびこ」から「はやて」に変更される。E2系0番台（J編成）は1000番台に合わせて8→10両へ増結。以後、E2系（J編成）は0・1000番台共通運用となる。
2003年（平成15年）10月1日：運輸施設整備事業団と日本鉄道建設公団が統合し、鉄道建設・運輸施設整備支援機構が発足。
2005年（平成17年）11月27日：古川 - 盛岡新幹線運転所間保安装置がアナログATC（ATC-2型）からデジタルATC（DS-ATC）へ切替。
2005年（平成18年）12月10日：E4系を使用した「Maxやまびこ」仙台 - 盛岡間定期運用終了。
2006年（平成18年）10月15日：新白河 - 古川間保安装置がアナログATC（ATC-2型）からデジタルATC（DS-ATC）へ切替。
2007年（平成19年）7月22日：東京 - 新白河間保安装置がアナログATC（ATC-2型）からデジタルATC（DS-ATC）へ切替。これに伴い、この時点で開通済全区間（東京 - 八戸間）でATCがDS-ATCに統一。
2008年（平成20年）12月20日：山形新幹線「つばさ」用E3系2000番台が営業運行開始。
2010年（平成22年）4月18日：400系営業運行終了。山形新幹線「つばさ」用車両がE3系1000・2000番台へ統一。以降はL編成として共通運用。

全通・「はやぶさ」登場

2010年（平成22年）12月4日：八戸 - 新青森間延伸。途中には七戸十和田駅新設。同区間最高速度は260km/h。これに伴い、東北新幹線は全通となる。
2011年（平成23年）3月5日：E5系が営業運行開始。東京 - 新青森間における最速達列車として「はやぶさ」が登場、同列車は大宮 - 宇都宮間最高速度275km/h、宇都宮 - 盛岡間を最高速度300km/hで運行開始。
11月19日：E5系を使用した「はやて」・「やまびこ」が運行開始。E3系0番台による秋田新幹線「こまち」との併結運行の一部が、E2系（J編成）からE5系へ置換。同時に、前日限りで200系が東北新幹線列車における定期運用終了。
2012年（平成24年）3月17日：E5系を使用した「なすの」が運行開始。E3系1000・2000番台による山形新幹線「つばさ」との併結運行の一部が、E4系による「Maxやまびこ」からE2系（J編成）による「やまびこ」へ置換えられ、17両編成列車が復活。E2系（J編成）「やまびこ」とE3系1000・2000番台「つばさ」一部列車で宇都宮 - 福島間最高速度が275km/hに向上。E4系による「Maxやまびこ」・「Maxなすの」から16両編成運用が消滅。
9月29日：前日限りで、E4系が東北新幹線列車における定期運用終了。「Maxやまびこ」・「Maxなすの」が廃止され、「やまびこ」・「なすの」に統一。同時に、「つばさ」を併結する車両・列車がE2系（J編成）による「やまびこ」に統一。E2系（J編成）「やまびこ」とE3系1000・2000番台「つばさ」全列車で宇都宮 - 福島間最高速度が275km/hへ向上。
2013年（平成25年）3月16日：秋田新幹線用E6系が「スーパーこまち」として営業運行開始。「はやぶさ」のうち、単独運行を行う列車の一部で宇都宮 - 盛岡間最高速度が320km/hに向上。E2系（J編成）・E5系「はやて」とE3系0番台「こまち」併結列車の一部がE5系「はやぶさ」とE6系「スーパーこまち」の併結列車へ置換えられ、該当する列車は大宮 - 宇都宮間最高速度が275km/h、宇都宮 - 盛岡間最高速度が300km/hへ向上。同時に、E2系（J編成）盛岡 - 新青森間定期運用終了。
2014年（平成26年）3月15日：秋田新幹線列車がE6系に統一され、「スーパーこまち」が「こまち」へ統一されて廃止。E3系0番台が秋田新幹線運用より撤退。東京 - 新青森間E2系（J編成）・E5系「はやて」を全てE5系「はやぶさ」に統一。「はやぶさ」は「こまち」を併結する列車を含む全列車で大宮 - 宇都宮間最高速度が275km/h、宇都宮 - 盛岡間最高速度が320km/hへそれぞれ向上。北陸新幹線「あさま」へE7系が導入され、東北新幹線東京 - 大宮間への直通運行開始。

他社路線との直通運行開始

2015年（平成27年）3月14日：北陸新幹線長野 - 上越妙高駅 - 金沢駅間延伸。このうち、上越妙高 - 金沢間は西日本旅客鉄道（JR西日本）管轄路線であり、E7系・W7系を使用する同線列車「かがやき」・「はくたか」・「あさま」が東北新幹線東京 - 大宮間への直通運行開始。
2016年（平成28年）3月26日：北海道新幹線新青森駅 - 新函館北斗駅間開通。同線は北海道旅客鉄道（JR北海道）管轄路線であり、「はやぶさ」・「はやて」が同線との相互直通開始。同時にH5系営業運行開始。
8月：いわて沼宮内 - 二戸（手前）間で携帯電話不通区間が解消。なお、同年6月17日付のJR東日本による発表では、東京 - いわて沼宮内間は既に携帯電話不通区間が解消済とされている。
2017年（平成29年）3月31日：北陸新幹線全列車がE7・W7系へ統一され、E2系（N編成）が運用終了（東京 - 大宮間乗入も消滅）。
2017年（平成29年）7月28日：二戸駅手前 - 二戸駅間で携帯電話不通区間解消。
2018年（平成30年）3月31日：二戸 - 八戸（手前）間で携帯電話不通区間解消。
12月27日：八戸駅（手前） - 八戸駅間で携帯電話不通区間解消。
2019年（平成31年）3月16日：東京駅発着の「はやて」の定期列車が「はやぶさ」に統合されて消滅。E2系（J編成）が仙台駅〜盛岡駅間の定期運用終了。
3月31日：八戸 - 七戸十和田（手前）間で携帯電話不通区間解消。
4月1日：JR東日本の新幹線統括本部が発足し、駅施設と在来線を兼務する乗務員区所を除いて同本部の管轄となる。
2020年（令和2年）3月31日：七戸十和田駅（手前）〜新青森駅（手前）間で携帯電話不通区間が解消。
7月23日：七戸十和田 - 新青森付近トンネル内間で携帯電話不通区間解消。これに伴い、東北新幹線は全線携帯電話が用可能となる。
10月：E3系0番台定期運用終了。
2021年（令和3年）3月13日：上野 - 大宮間のうち、埼玉県内区間で全列車最高速度が130km/hに向上。
2024年（令和6年）3月16日：山形新幹線用E8系が営業運行開始。E5系とE8系併結運行開始（最高速度300km/h）。E3系1000番台定期運用終了。E2系（J編成）とE3系（L編成）併結運行終了。

運行形態

基本的には仙台・盛岡への速達列車「はやぶさ」、盛岡以北区間列車を「はやて」、主に仙台以北盛岡以南を目的地とする列車を「やまびこ」、郡山駅以南を目的地とする列車を「なすの」とそれぞれ愛称を行先別に区分している。「やまびこ」は名前的に山形へ行きそうであるが行かない。

開通当初は速達列車を「やまびこ」、各停列車を「あおば」としていた。

その後、列車名を運行区間別とするように再編され、1995年からは「あおば」のうち東京駅～那須塩原駅間の近距離列車が「なすの」として分離され、1997年からは「あおば」が「やまびこ」に吸収される形で廃止となり、以降は郡山以南の列車が「なすの」、仙台・盛岡まで運行される列車が「やまびこ」に統一された。

2002年の八戸延伸からはほとんどの速達列車が専用列車名へ変更されるようになり、新たに「はやて」の愛称が与えられた。新青森延伸2011年からは後継として「はやぶさ」が誕生し、「はやて」を置換えて行った（なお、盛岡以北は最高速度260km/hに制限されるため、盛岡以北のみ運行の列車は引続き「はやて」となっている）。

2016年に北海道新幹線が開通した際は、「はやぶさ」「はやて」の列車名を引続き使用している。

山形新幹線「つばさ」と秋田新幹線「こまち」の両列車が在来線からの直通で乗り入れている。いずれも東北新幹線内では「つばさ」は「やまびこ」と、「こまち」は「はやぶさ」との併結が基本となっている。

大宮以南は上越新・北陸新幹線列車も東北新幹線の線路へ乗入れている。

駅一覧

●：停車　○：一部通過　▲：一部停車（「つばさ」は通過）

ﾚ：通過

はぶ：はやぶさ　はて：はやて　や：やまびこ　な：なすの

・「こまち」は「はやぶさ」と、「つばさ」は「やまびこ」と停車駅が基本的に同じため省略

・略字はJR東日本公式サイト時刻表の表記と同一

駅名	はぶ	はて	や	な	乗換路線	備考
東京	●		●	●	東海道本線(JT01) 宇都宮線（東北本線・上野東京ライン）（JU01）高崎線（JU01）常磐快速線（JT01）横須賀線（JO19）総武快速線（JO19）山手線（JY01）京浜東北線（JK26）中央線快速（JC01）京葉線（・武蔵野線）（JK01） JR東海東海道新幹線東京メトロ丸ノ内線（M17）東京メトロ東西線（大手町・T09）	※
上野	○		○	●	宇都宮線（上野東京ライン）（JU02）高崎線（JU02）常磐快速線（JJ01）山手線（JY05）京浜東北線(JK30）東京メトロ銀座線（G16）東京メトロ日比谷線（H17）京成本線（京成上野・KS01）	※
						↑東京都/↓埼玉県
大宮	●		●	●	上越新幹線北陸新幹線宇都宮線（JU07）高崎線（JU07）湘南新宿ライン（JS24）京浜東北線（JK47）埼京線（JA26）川越線（JA26）東武アーバンパークライン（TD01）ニューシャトル（NS01）	※
鷲宮信号場	ﾚ		ﾚ	ﾚ
						↑埼玉県/↓茨城県
						↑茨城県/↓栃木県
小山	ﾚ		▲	●	宇都宮線両毛線水戸線
宇都宮	ﾚ		○	●	宇都宮線烏山線日光線宇都宮ライトレールライトライン（宇都宮駅東口・01）
那須塩原	ﾚ		▲	●	宇都宮線
						↑栃木県/↓福島県
新白河	ﾚ		▲	●	東北本線
郡山	ﾚ		○	●	東北本線水郡線磐越西線磐越東線
福島	ﾚ		●		山形新幹線東北本線山形線福島交通飯坂線阿武隈急行
					↓山形新幹線新庄まで直通運転
						↑福島県/↓宮城県
白石蔵王	ﾚ		○
仙台	●		●		東北本線常磐線仙台空港アクセス線仙石東北ライン仙山線仙石線仙台市地下鉄南北線(N10) 仙台市地下鉄東西線(T07)
古川	▲		●		陸羽東線
くりこま高原	▲		●
						↑宮城県/↓岩手県
一ノ関	▲		●		東北本線大船渡線
水沢江刺	▲		●
北上	▲		●		東北本線北上線
新花巻	▲		●		釜石線
盛岡	●	●	●		秋田新幹線東北本線田沢湖線山田線花輪線 IGRいわて銀河鉄道
					↓秋田新幹線秋田まで直通運転
いわて沼宮内駅	○	ﾚ			IGRいわて銀河鉄道
二戸	○	●			IGRいわて銀河鉄道
						↑岩手県/↓青森県
八戸	○	●			八戸線青い森鉄道
七戸十和田	○	●
新青森	●	●			奥羽本線 JR北海道北海道新幹線
					↓JR北海道北海道新幹線新函館北斗まで直通運行

※：在来線の駅に3レターコードが設定されている駅

東京：TYO 上野：UEN 大宮：OMY

使用車両

E2系1000番台（J編成）

E3系2000番台（L編成）

E5系（U編成）

H5系（H編成）

E6系（Z編成）

E8系（G編成）

過去の車両・列車

200系（E・F・G・H・K編成）

400系（L編成）

E1系（M編成）

E2系0番台（J編成）

E3系0・700番台（R編成）

E3系1000番台（L編成）

E4系（P編成）

その他

E7系（F編成）...試運転や臨時列車で乗入れる場合がある。

E926形(East-i)

E956形(ALFA-X)

車内放送

開業当初から日本語放送は元フジテレビアナウンサーの堺正幸氏が担当している。英語放送はイギリス出身ジーン・ウィルソン氏が担当。

種別

過去の種別

並行在来線

盛岡 - 新青森間は整備新幹線として建設されたため、延伸に当たって東北本線（JR東日本）盛岡駅 - 青森駅間が並行在来線に指定され、経営分離（第3セクターへ移管）された。

盛岡駅 - 目時駅間はIGRいわて銀河鉄道が第2種鉄道事業者として承継したが、目時 - 青森間は青森県が第3種鉄道事業者として施設を保有し、青い森鉄道が第2種鉄道事業者として旅客運送を行う上下分離方式が採用されている。なお、日本貨物鉄道（JR貨物）は経営分離前同様、第2種鉄道事業者として貨物運送を行っている。

トラブル

東日本大震災

2011年3月11日14時46分、東北地方太平洋沖地震が発生。東北新幹線では5つの駅と約1100箇所の設備が損傷した他、仙台駅付近を走行中の試運転列車(E2系J59編成)が脱線した。3月15日に東京駅～那須塩原駅間が再開したのを皮切りに特別減速ダイヤで順次運転を再開したが、余震による運転見合せを繰り返し、9月23日に復旧した。

福島県沖地震での脱線事故

2022年3月16日23時36分頃、直前に発生した福島県沖地震の影響で福島駅〜白石蔵王駅間に緊急停車していた『やまびこ223号』(H5系H2編成+E6系Z9編成)が、再び発生した強い地震により車体がレールから浮き、17両編成中16両の車両が脱線。一部車両はレールから約1mも横に逸脱した。同年4月14日に運転再開。当該車両は損傷が激しく修繕が困難だったため16両全てが廃車された。

上野～大宮間で架線切断

2024年1月23日に東北新幹線・上越新幹線・北陸新幹線で停電が発生。JR東日本が調査したところ上野～大宮間で架線の張を調整する部品が破損し垂れ下がっていたことが判明。同区間を走行していた『かがやき504号』(W7系W5編成)がこのトラブルの影響でパンタグラフが破損する事態となった。

郡山駅で滑走

2024年3月6日7時27分に郡山駅に停車予定だった『つばさ121号』が12番線ホームに停車する際車輪と線路の間に滑りが発生して速度を落とすことができず制限速度を65km超過し、停止位置を約520m過走して停車した。

この事象を受けて下り『つばさ121・159号』と上り『つばさ148・160号』には滑走防止の為にE2系及びE5系を併結しての運行を行っている。

走行中の連結解放

2024年9月19日、はやぶさ・こまち6号として運用中のE5系U28編成+E6系Z12編成が、東北新幹線を走行中に連結が外れ、E5系とE6系の編成が分割、古川駅～仙台駅間(鳴瀬川付近)に緊急停車した。

当該列車は仙台へ別々に移動後運転を打ち切り、同日13時に運転を再開。

後にJR東日本の調査でE6系Z12編成の強制分離スイッチの裏側に車両製造時の切りくずと思わしき金属片があったことが判明。これが原因で回線がショートしスイッチが誤作動したと推定されている。

資料動画

車内チャイム（通常）

車内チャイム（ふるさとチャイム）

今後の計画

2020年3月3日、山形新幹線に新型車両E8系を投入する計画を発表。E5系と連結し、最高速度300km/hで運行。また、福島駅に山形新幹線から東北新幹線上りホームへ接続するアプローチ線を新設。
2020年10月6日、東北新幹線盛岡 - 新青森間最高速度を260km/hから320km/hへ引上げる計画を発表。工事期間は2020年10月から概ね7年程度であり、最大5分程度の時短が見込まれる。