路線距離：14.3km
軌間：1067mm
駅数：8駅（起終点駅含む）
複線区間：玉川上水駅 - 武蔵砂川駅間 (2.4km)・西武立川駅 - 拝島駅間 (2.7km) を除く全線
電化区間：全線（直流1500V架空電車線方式）
終日にわたり新宿線田無・西武新宿方面との直通運転を行っている。日中は直通列車に加えて車両基地を併設する玉川上水駅を起点とした小平駅 - 玉川上水駅間や玉川上水駅 - 拝島駅間の区間運転もある。過去には上りの最終列車のみではあるが小川駅までの列車も存在していた。
停車駅
| 停車駅 | ていしゃえき | のりかえ | 拝島快速停車（急行は全駅停車） |
|---|---|---|---|
| 小平 | こだいら | 西武新宿線 | O |
| 萩山 | はぎやま | 西武遊園地線・西武多摩湖線 | ↓ |
| 小川 | おがわ | 西武国分寺線 | ↓ |
| 東大和市 | ひがしやまとし | ↓ | |
| 玉川上水 | たまがわじょうすい | 多摩都市モノレール | O |
| 武蔵砂川 | むさしすながわ | O | |
| 西武立川 | せいぶたちかわ | O | |
| 拝島 | はいじま | JR青梅線・八高線 | O |
運行形態
車両編成は10両編成（優等列車が中心）と8両編成が中心だが、小平を始発・終着とする列車には6両や4両編成の列車も存在する。2007年3月6日のダイヤ改正で昼間の小平折り返しの列車がすべて西武新宿発着に改められた。基本的には（多摩湖線西武遊園地発着の列車を含む）小平駅で新宿線（所沢・本川越方面発着）の列車との相互接続が考慮されている。急行は新所沢か本川越発着の各駅停車に、各駅停車（小平止まりの列車も含む）は新所沢か本川越発着の急行・準急と相互接続を行う。なお拝島快速は田無駅で玉川上水始発・終着の各駅停車に、小平駅で西武遊園地駅発着の各駅停車に、玉川上水駅で西武新宿発着の各駅停車に、それぞれ接続する。
昼間は30分間隔で1時間あたり西武新宿 - 拝島発着の拝島快速と各駅停車が各2本、西武新宿 - 玉川上水発着の各駅停車2本、田無 - 玉川上水発着の各駅停車2本のパターンダイヤとなっている。なお拝島快速以外の種別は拝島線内では各駅に停車する。
2008年6月14日のダイヤ改正より、昼間時に西武新宿から直通の「拝島快速」が運行され、拝島線に優等種別が登場した。準急については下りのみ玉川上水駅までの運行で、拝島線内からの上り列車は設定されていなかったが、このダイヤ改正より、朝夕時間帯に拝島発着の準急が数本設定された。
また、当路線の大きな特徴として萩山駅で分割・併合を行う列車が存在する（西武新宿寄り4両が西武遊園地行、拝島寄り6両が拝島行）。かつてはほぼ終日（急行または各駅停車）に亘って運転されていたが、当路線での乗降者数が大幅に増加していることから年々減便され、今では朝ラッシュ時の急行のみになった。なお、分割・併合する列車に限り2000系が使われ、一番前（西武新宿寄り）の車両には女性専用車両が設定されるが、西武遊園地始発の車両になる。なお西武遊園地行きに関しては萩山駅で種別表示を「各停」に変える（ただし運行上は急行として運転される）。
また、小平駅 - 萩山駅間は多摩湖線西武遊園地方面の各駅停車が乗り入れている。土休日には西武新宿 - 西武遊園地間の急行も運転される。この列車はかつては快速急行として運転されていた時期もあった。
2011年12月12日から12月18日まで、期間限定で西武新宿発拝島行の臨時特急が運転された。拝島線で特急電車が運転されるのは初めてのことである。
