大江戸線（おおえどせん）は、東京都交通局が運営する鉄道路線（都営地下鉄）である。東京都練馬区の光が丘駅から新宿区の都庁前駅までを結ぶ放射部と、同駅から反時計回りに都心・下町・山の手を環状に繋ぎ、再び都庁前駅に至る環状部から構成される。『鉄道要覧』における名称は12号線大江戸線。一般的に都営大江戸線と呼ばれることが多い。
環状の路線を形成しているが、連続して同じ方向に周回する環状運転が行われている山手線や大阪環状線、名城線などとは異なり、放射部からの列車が環状部を1周して放射部結節駅の都庁前駅で折り返し、環状部を1周して放射部に戻る「6の字型」の運転である（運行形態については後述。他の環状運転路線の例は「環状運転」を参照）。なお、起点は都庁前駅、終点は光が丘駅である。推進方式は、鉄輪式・リニア誘導モーター推進方式を採用している。
路線名の由来は東京の古称である江戸の雅名「大江戸」から（決定経緯については後述）。車体および路線図や乗り換え案内で使用されるラインカラーは「マゼンタ」、路線記号はE。
概要
この路線は、1962年（昭和37年）6月8日の都市交通審議会答申第6号において答申された第9号線現在の都市計画第9号線（東京メトロ千代田線）とは無関係である。「芦花公園方面 - 方南町 - 新宿 - 春日町 - 厩橋 - 深川及び月島の各方面を経て麻布方面に至る路線」に由来する東京都交通局80年史、pp. 416 - 418。東京地下鉄道日比谷線建設史、pp.117 - 120。。ただし、同年8月29日の東京都市計画高速鉄道網の改訂（都市計画）では、線形、経過地について引き続き検討するものとされた。
この路線ルートでは、新宿駅から方南通り（都道14号線）地下を西へ進み、方南町を通って京王井の頭線西永福駅で交差し、芦花公園に至るルートであった京王帝都電鐵三十年史、pp. 162 - 163。。しかし、この路線ルートは京王バスの重要な営業エリアを通るもので、地下鉄が開業すればバス事業の経営に大きな影響を与えると、京王が反対の意見を示した。また、この計画では新宿駅は北側の新宿大ガード下の地下を通るもので、既存の新宿ターミナルから大きく外れるものと、問題点が指摘された。京王は芦花公園 - 新宿間は京王線を複々線化させ、第9号線と直通運転して都心へ乗り入れる、第9号線は新宿駅南口で甲州街道（国道20号）の地下を通る案（現行の新線新宿経由）を主張した。
これを受け、1964年（昭和39年）3月27日、都市交通審議会は京王の主張した案を採用し、第9号線芦花公園 - 新宿間の経由地は京王線を複々線化させて、桜上水、明大前、幡ヶ谷を経由することに変更した東京地下鉄道日比谷線建設史、p.167。。
1968年（昭和43年）4月10日の答申第10号において、それまでの第9号線は第12号線に変更され東京地下鉄道東西線建設史、pp.157 - 162。『交通技術』1968年7月号、pp. 6 - 11。「東京周辺地下高速鉄道網の整備計画」、「新宿方面より春日町、上野、深川及び月島の各方面を経て麻布方面に至る路線」として示され、「なお、本路線は環状線とすることも考えられるので、路線の一部については、将来再検討することとする」とされた。この第10号答申では、京王線芦花公園方面 - 新宿 - 住吉町に至る都市計画第10号線（都営新宿線）が新たに制定されている（第9号線と京王線との乗り入れから、新たに制定された第10号線と京王線が乗り入れることに振り替え。第9号線→第12号線の他社乗り入れは計画はなくなった）。
1972年（昭和47年）3月の答申第15号では新宿方面 - 麻布方面を環状線とし、新宿から新宿に戻り、さらに新宿 - 高松（練馬区）間および東京8号線から削除した護国寺 - 目白 - 西落合間を加える形に変更された（現在の環状部・放射部に準じたルートと、旧8号線の西落合 - 護国寺間に整理される）。なお、同時に高松町（現：光が丘パークタウン付近）から大泉方面への延伸も検討されている。このうち、放射部にあたる光が丘駅 - 練馬駅 - 都庁前駅 - 新宿駅間が「都営12号線」として開業し、後に環状部延伸開業時に「大江戸線」に改称している。なお、支線にあたる西落合 - 護国寺間は免許申請しないこととされ、1985年（昭和60年）の運輸政策審議会答申第7号ではこの区間が削除されている都市計画上は都市高速鉄道第8号線分岐線として残存。「東京メトロ有楽町線#中村橋駅 - 護国寺駅間（都市計画段階）」も参照。。
建設費を削減するため、大阪市営地下鉄（現在のOsaka Metro）長堀鶴見緑地線に次いで日本で2番目に鉄輪式リニアモーターミニ地下鉄が採用された。都営地下鉄の路線の中では唯一、他社路線との直通運転を行っていない。また、大江戸線の営業線は全線地下だが、車両は検査を行っている馬込車両検修場で地上に姿を現す（#車両節を参照）。浅草線も自局営業線は全線地下にあるものの、車両は馬込車両検修場や直通先の他社線で地上に姿を現す。そのため、営業運転において車両が地上に出ない路線は、都営地下鉄では大江戸線のみとなる。
都営地下鉄で初めてワンマン運転を実施した。単一の地下鉄路線としては日本最長 (40.7 km) であり大江戸線建設物語、p. 316。、全線がトンネル（地下区間）構造のため、連続した地下鉄トンネルとしても日本最長である。
後発で建設された地下鉄路線のため、既存の路線より深部を走り、全般的に駅ホームがかなり深いところに設置されている。特に2層構造の六本木駅は下部の内回り1番線ホームが地下 42 m と、地下鉄駅としては日本で最も低い場所に位置する。また、中井駅北方 - 西新宿五丁目駅西方にかけての区間は並行する首都高速中央環状線山手トンネルの直下を通過しており、中井駅・東中野駅・中野坂上駅の駅躯体は山手トンネルと一体化した構造になっている（「山手トンネル#都営地下鉄大江戸線との関係」も参照）。
日本の地下鉄では最深部を走行しており、耐震性に富み、災害時には救助作業の大動脈として利用されることになっている。そのため、非常用の備蓄倉庫が麻布十番駅と清澄白河駅に設置されている大江戸線建設物語、p. 46。。
路線データ
路線距離（営業キロ）：全長 40.7 km 光が丘駅 - 新宿駅間（放射部、東京都交通局施工） 12.9 km 新宿駅 - 都庁前駅間（環状部、東京都地下鉄建設施工） 27.8 km 軌間：1,435 mm 駅数：38駅（起終点駅含む。ただし都庁前駅は1駅として数える。日本の地下鉄線では駅数が最も多い） 複線区間：全線 電化区間：全線（直流 1,500 V、架空電車線方式、車上一次鉄輪式リニアモーター方式） 15 kg・定尺10 mの導電鋼レールと電気用平角銅帯を組み合わせた複合剛体架線方式（RCC型・Rail Cupper Compound）日本鉄道電気技術協会「鉄道と電気技術」1995年9月号テーマ技術資料「小断面地下鉄における電車線路」pp.44 - 50。。 閉塞方式：車内信号閉塞式（新CS‐ATC） 列車無線方式：空間波無線 (SR) 方式 漏洩同軸ケーブル (LCX) を用いた空間波方式である。 最高速度：70 km/h 表定速度：内回り 29.0 km/h・外回り 29.2 km/h 全線所要時分：内回り84分15秒・外回り83分30秒 車両基地：木場車両検修場（木場車庫・高松車庫）
内回りは光が丘駅 - 都庁前駅 - 大門駅 - 両国駅 - 都庁前駅着まで。外回りは都庁前駅 - 両国駅 - 大門駅 - 都庁前駅 - 光が丘駅着まで。
沿革 建設までの経緯 前述した答申第15号に基づき、1974年（昭和49年）8月に全線（現在の光が丘駅 - 都庁前駅間全線・放射部及び環状部）の地方鉄道敷設免許を取得し、1985年（昭和60年）の全線開業を目標に建設計画を進めていた大江戸線放射部建設史、p. 6。。この時点では新宿線と同様の 20 m 車両による10両編成（軌間は 1,435 mm）で建設することを計画していた。建設費用は6628億8100万円と見積もられていた。
しかし、1973年（昭和48年）のオイルショックによる社会情勢の急変、また交通局の財政悪化から、1976年（昭和51年）半ばから建設計画は一時凍結された大江戸線建設物語、pp. 9 - 10。。ただし、1975年（昭和50年）12月に大型規格（20 m 車・10両編成）による練馬 - 光が丘間の工事施工認可を運輸省に申請したが、事業凍結から未審査のまま自動消滅している。
その後、1978年（昭和53年）5月に東京都知事の諮問機関である東京都交通問題対策会議において、地下鉄12号線を「再度交通需要の予測を行い、路線立地、交通機関の構造、経済性、補助制度等を検討のうえ建設されるべきである」と提言した。
さらにグラントハイツ跡地（光が丘地区）に大規模住宅団地建設をはじめとした再開発を行うことが決定され、交通網整備の必要性が高まった。そのため、東京都が1982年（昭和57年）12月に策定した『東京都長期計画』の10ヵ年計画において、地下鉄12号線を建設することを決定した。この時点で需要及び建設費用の見直しを行い、小型地下鉄車両（16.5m車両・8両編成）によるトンネル断面の縮小、駅設備を縮小する方針とすることを決定した。これは大江戸線着工前までに同線以外で地下鉄の延伸開業が相次いでいたことも影響している。
計画時のルートは現行ルートと一部異なり、新宿付近、六本木付近、汐留付近、飯田橋付近で大きな見直しが行われている日本地下鉄協会『SUBWAY』第44号（1987年3月）レポート「東京都地下鉄建設、経営調査会の中間報告について」pp.36 - 43。鉄道図書刊行会『鉄道ピクトリアル』2001年7月号臨時増刊号「大江戸線の構想から完成まで」pp.78 - 86。（このほか、上野付近が見直しに上がったが、実施されなかった）。大きく変更されたのは中野坂上 - 都庁前（仮称：西新宿駅） - 国立競技場間で、都庁前駅は9号街路（東通り）の京王プラザホテル前に上下2層構造のT字型配置とする計画から、西新宿五丁目駅を経由して4号街路（中央通り）地下を通過するルートに変更した日本鉄道技術協会『JREA』1976年11月号「東京都営地下鉄12号線の建設計画」pp.10 - 13。。
大門 - 勝どき間は竹芝埠頭 - 豊海町を横断するルートから汐留駅、築地市場駅を経由するルートに、春日 - 牛込神楽坂間は直行するルートから飯田橋を経由するルートに変更した洋泉社「今だから話せる都営地下鉄の秘密」pp.113 - 118。。ルート見直しは大型車を使用する必要性がなくなり、さらに乗り換え駅や公共施設等へのアクセスを向上させることで、利便性向上と建設費低減の必要があったためでもある。
環状ルートの建設も検討されたが、これを実現するためには新宿と新宿西口を結ぶ新たな線路の建設と、2駅のうち1駅を2面化する工事を行わなければならなかった。しかし、両駅の地上部は道路幅が狭くビルが密集し、2面ホームの設置が難しく、難工事による費用と期間の膨大が懸念され、さらに新宿駅前後の環状方向の旅客流動は少ないと見込まれ、費用対効果を検証した結果、6の字型ルートとなった。
大江戸線建設工事着手時の資料によれば東京都交通局90年史、pp.257 - 261。「東京都地下鉄建設・経営調査会最終報告の概要」、当初計画による放射部の建設費用は2,640億円、環状部は5,850億円、合計で8,490億円とされていた。光が丘 - 練馬間の開業は1990年度末（1991年3月）、練馬 - 新宿への延伸開業は1994年度末（1995年3月）、環状部は1996年度末（1997年3月）開業予定とされていた東京都交通局90年史、pp. 101 - 103。。実際には、いずれの区間も用地買収の難航から建設工事に遅れが発生し大江戸線放射部建設史 pp. 37・38。、建設費用は計画のおよそ1.5倍以上に膨れ上がった。
最終的に、この路線の建設費用は、放射部で3,991億円、環状部で9,583億円、全線では1兆3,574億円となった大江戸線建設物語、pp. 20 - 21。。1 km あたりの建設費用は、放射部で286億円、環状部で323億円。このことから、東京湾アクアラインや関西国際空港などの国家プロジェクトに匹敵する建設費用となった。
環状部の建設 また、環状部区間は早期の建設、全線同時開業を行う必要性があることから大江戸線建設物語、pp. 11 - 12。、資金面などにおいて柔軟な対応ができる第三セクター方式で建設することとされた。そして、1988年（昭和63年）7月に東京都地下鉄建設が設立され、第3種鉄道事業者として環状部の建設を行った。同社が建設・製造した鉄道施設・車両は東京都交通局が長期分割支払いで譲受し、放射部と一体で経営を行うこととされた。
なお、国立競技場 - 新宿間は環状部であるが、開業は環状部の他の区間より早い。これは、国立競技場駅に非常渡り線があり折り返し運転ができることや、乗客への利便性向上などを考慮して、東京都交通局が東京都地下鉄建設から先行して買い取って開業させたためである。
環状部の駅建設にあたり、エレベーター約60台・エスカレーター約250基を要することから、建設費削減のために複数駅をまとめて一括発注するとともに、日本国外の企業を参入させることとなった大江戸線建設物語、pp. 44 - 45。。その結果、エレベーターはコネのモノスペース型（マシンルームレス）を採用し（施工は東芝が担当）、エスカレーターはシンドラー（オーストリア）（代々木 - 汐留）・三菱電機（築地市場 - 蔵前）・日立製作所（新御徒町 - 新宿西口）の3社に発注した。
2000年（平成12年）11月29日には環状部の鉄道施設が完成、翌11月30日に東京都地下鉄建設から東京都交通局に鉄道施設を譲渡した（建設工事完成・譲渡記念式典を開催）。
リニアモーター方式の採用 1986年（昭和61年）4月に、12号線用の12-000形試作車が製作され、浅草線馬込検車場（当時）において、小型地下鉄として新しい技術の試験を含めた走行試験を実施した大江戸線放射部建設史 pp. 485 - 489。。この車両は都営地下鉄で初めてのVVVFインバータ制御方式を採用し、主電動機は小型の誘導電動機を使用した。また、馬込検車場内では走行速度が制限されるため、浅草線の終電後に西馬込駅 - 戸越駅間で高速走行試験を実施した。
その後、1987年（昭和62年）6月、地下鉄12号線建設推進本部が「現在開発されつつあるリニアモーター車両のメリットも大きいので、1987年3月下旬に開始されたリニアモーター車両の試験の状況および車両技術の動向などを踏まえ、今後、車両の駆動方式（リニアモーター方式・回転形モーター方式）について、放射部車両の製作時期までに決定する。」とされた東京都交通局90年史、pp. 92 - 93。。これを受け、1988年（昭和63年）に12-000形試作車をリニアモーター車両へ改造し、同年4月 - 6月・9月 - 11月に馬込検車場においてリニアモーター方式の走行試験を実施した大江戸線放射部建設史 pp. 489 - 493。。
この試験結果を踏まえ、1988年12月21日に地下鉄12号線にリニアモーター駆動方式を採用することを決定し東京都交通局90年史、pp. 264 - 265。「地下鉄12号線車両駆動方式の決定について」、まもなく練馬以南の放射部および環状部の線形を変更（リニア地下鉄の長所である急曲線と急勾配を活かし、民有地地下から道路や公園の地下を通るルートに変更など）することとなった。
路線名決定までの経緯 1991年（平成3年）12月の開業当初は都市計画路線名の「12号線」のままで営業を行っていたが - 1997年9月時点。都営12号線」と書かれている。営団地下鉄ホームページ、1999年（平成11年）8月初旬、2000年（平成12年）4月20日の環状部一部区間（新宿駅 - 国立競技場駅間）の先行開業を発表するとともに、プロ野球セントラル・リーグ会長（当時）の高原須美子を委員長とする都営地下鉄12号線路線名称選考委員会によって路線名の公募が行われた。
その結果、同年11月末に、応募が多かった候補の一つである「東京環状線」（愛称として「ゆめもぐら」）が第一候補に挙げられたが、東京都知事（当時）の石原慎太郎は「なんでこれが『環状線』なんだ」として難色を示し、意中の名称は「大江戸線」だと明かした。その結果、同年12月15日の委員会で大多数の支持を得て「大江戸線」に決定した。
委員会では当初、新宿などは江戸の範囲（朱引）の外部にあたるとして議論があったが、交通局では、路線がこれを囲むように走ることと、「大」を付けることにより地理的、経済的、文化的な広がりを表現できるとして委員会を説得し、決定にこぎつけた。なお、最も多かった名称は「都庁線」だった。
なお、全線開業時には、接続する路線の多さや環状の大きさから、「東京の、どこでもドア。」というキャッチフレーズが使われ、実際にドラえもんもPRキャラクターとして登場した。
年表 1962年（昭和37年）6月8日：都市交通審議会答申第6号で地下鉄第9号線（→12号線）が答申される。 1968年（昭和43年）4月10日：都市交通審議会の答申第10号では、それまでの第9号線は第12号線に変更されて答申される。 1972年（昭和47年） 3月1日：都市交通審議会の答申第15号で答申される大江戸線放射部建設史 p. 5「大江戸線の経緯」。。 10月24日：西新宿（現・都庁前駅） - 高松町（現・光が丘駅）間全線の地方鉄道敷設免許を申請。 1974年（昭和49年）8月30日：西新宿 - 高松町間全線の地方鉄道敷設免許を取得。 1975年（昭和50年）12月15日：大型規格（20 m 車10両編成）による練馬 - 高松町間の工事施工認可を申請（未審査のまま自動消滅）。 1976年（昭和51年）半ば：12号線建設計画凍結。 1984年（昭和59年）8月9日：光が丘 - 練馬間の都市計画決定（東京都告示第748号）。 1985年（昭和60年） 7月11日：運輸政策審議会答申第7号で整備計画路線に。 8月7日：練馬 - 光が丘間工事施工認可（運輸省） 1986年（昭和61年） 2月20日：練馬 - 光が丘間道路下敷設認可（建設省） 4月18日：12号線用の試作車12-000形が落成・報道向けに公開される東京都交通局90年史、年表pp.423 - 430。。同車は馬込検車場（当時）に搬入され、各種試験が実施される。 6月1日：光が丘 - 練馬間の建設工事に着工。 6月30日：12号線のラインカラーを「マゼンタ」に決定する。 1988年（昭和63年） 5月6日：12-000形試作車を改造した鉄輪支持式リニアモーターの試験を開始、同年11月まで実施する。 7月28日：環状部を建設する第三セクター「東京都地下鉄建設株式会社」を設立。 12月21日：鉄輪支持式リニアモーター方式の採用を決定。 1989年（平成元年） 3月30日：東京都地下鉄建設が新宿 - 新宿西口間の第3種鉄道事業免許を申請。 5月31日：東京都地下鉄建設が新宿 - 新宿西口間の第3種鉄道事業免許を取得。 1990年（平成2年） 8月1日：新宿 - 練馬間の建設工事に着手。 9月17日：光が丘検修所（当時）において12-000形量産車の搬入を開始。 12月1日：光が丘 - 練馬間で本線試運転に伴い、レール締結式および入線式を実施。 1991年（平成3年） 12月10日：都営12号線として光が丘駅 - 練馬駅間が開業。 12月31日：大晦日から元日にかけての終夜運転を開始。他の都営地下鉄3線は一時期にそれを中止していたものの、大江戸線では開業当初から毎年行っている。 1992年（平成4年）2月1日：東京都地下鉄建設が環状部の建設を開始。 1997年（平成9年） 3月17日：新宿延伸開業用にマイナーチェンジした12-000形3次車の搬入を開始東京都交通局90年史、年表pp.434 - 437。。 5月25日：12-000形3次車の営業運転を開始『鉄道ファン』1998年3月号、p. 68。「平成9年12月19日東京都交通局12号線練馬 - 新宿間延伸開業」、合わせて全列車を6両編成から8両編成化。 6月17日：練馬駅 - 新宿駅のレール締結式を中野坂上駅で実施。8月16日には都庁前駅で入線式が行われる。 12月19日：練馬駅 - 新宿駅間が開業。 1999年（平成11年） 2月22日：木場車両検修場へ12-000形4次車の搬入を開始。以後、2000年2月17日まで1年がかりで行われた （2000年2月17日東京都交通局ニュース・インタ―ネットアーカイブ・2000年時点の版）。 9月2日：新宿 - 国立競技場間のレール締結式を実施。10月1日は入線式を実施。 12月15日：路線愛称名を「大江戸線」にすることを決定する。 2000年（平成12年） 4月20日：新宿駅 - 国立競技場駅間が開業。同時に路線名を大江戸線と改称。 9月18日：全線が地下で、東京都の屋外広告物条例の適用を受けないことから、車体広告列車の運転を開始 （2000年9月13日東京都交通局ニュース・インタ―ネットアーカイブ・2001年時点の版）（現在は行っていない）。 11月30日：大江戸線環状部の鉄道施設を、建設した東京都地下鉄建設から東京都交通局へ譲渡。 12月12日：国立競技場駅 - 六本木駅 - 大門駅 - 両国駅 - 飯田橋駅 - 都庁前駅間が開業し、全線が開業- 六本木 - 上野御徒町 - 都庁前間の開業について （2000年8月18日東京都交通局ニュース・インタ―ネットアーカイブ・2001年時点の版）。ただし汐留駅は駅周辺が再開発中でアクセス道路が未開通だったため開業を見送り（汐留信号所〈2代〉として使用）、全列車が通過していた。全線開業日としてこの日（平成12年12月12日）が選ばれたのは、本路線が「12号線」であることにちなむ。同日には、開業記念の臨時列車として、都庁前駅12時12分発の「大江戸線クイーン号」が運行された。 2002年（平成14年）11月2日：汐留信号所（2代）を駅に変更して汐留駅開業（東京都交通局ニュースリリース・インターネットアーカイブ・2002年時点の版）。（東京都交通局ニュースリリース・インターネットアーカイブ・2002年時点の版）。。車内放送広告を開始東京都交通局・江連成雄参事の答弁。。 2006年（平成18年）4月1日：汐留連絡線を使用開始。E5000形の運用を開始。 2007年（平成19年）10月23日：7時55分、中井駅 - 練馬駅間で架線停電が発生し、全線運休。練馬駅 - 新江古田駅間で列車1本が立往生。11時に全区間が復旧 - 東京都交通局、2007年10月23日。 中井駅 - 練馬駅間では練馬変電所と中井変電所から送電されるが、2007年10月19日の終電後に係員が練馬変電所の変電設備の定期検査を実施したとき、断路器の点検用スイッチを切ったあとその断路器を復旧させないまま検査を終了したため、朝ラッシュ時の運転本数増加に伴い、もう一方の回路への負荷が過大となり電流が遮断されたのが原因 2008年（平成20年）4月1日：東京都地下鉄建設が東京都交通局へ環状部（新宿駅 - 清澄白河駅 - 都庁前駅）の譲渡を完了し、第3種鉄道事業免許を失効。全線が東京都交通局の第1種鉄道事業免許のみに基づく区間となる。 2011年（平成23年） 3月11日：東北地方太平洋沖地震（東日本大震災）の影響で一時全線で運行を見合わせるものの、20時40分に全線で運転再開。 4月23日：清澄白河駅で当路線初となるホームドアの運用を開始。 2012年（平成24年）3月17日：ダイヤ改正により、日中時間帯の運転間隔を6分間隔に改める。 2013年（平成25年）4月27日：西新宿五丁目駅でホームドアの運用を開始し、全駅でのホームドア整備が完了。 2014年（平成26年）2月1日：大江戸線においても、この日全駅の接近放送が更新。これに伴い、4路線の接近放送が更新された。 2019年（令和元年）7月31日：『きかんしゃトーマス』の意匠で装飾を施した「子育て応援スペース」一部編成の3号車・6号車のフリースペースに設置。付き車両の運行を開始。 2023年（令和5年）1月18日：平日朝ラッシュ時間帯に女性専用車両を導入。 2025年（令和7年）10月15日：東京都が光が丘駅から大泉学園町駅（仮称）までの延伸計画の検討状況と計画案を公表（後節も参照）。
運行形態 環状運転をしているように思われることもあるが実際は通常の複線路線と同じ運行形態をしており、都庁前駅 - 飯田橋駅 - 両国駅 - 大門駅 - 六本木駅 - 都庁前駅 - 光が丘駅間を往復運転（6の字型運転）する。運転方向の呼び方は「内回り」「外回り」という（定期券の経路にも表示）が、各駅の案内上は方面呼称となっている。正式には「内回り」をA線、「外回り」をB線と呼ぶ。なお、都営地下鉄でA線・B線の呼称を使用するのは大江戸線のみである。
thumb|200px|right|車両側面上部の行先表示の一例（2008年11月22日撮影） 2005年末までは内回り区間について光が丘駅→都庁前駅間を「六本木・大門方面行」、新宿駅→新宿西口間駅を「（○○経由）都庁前行」、外回り区間について新宿西口駅→練馬春日町駅間を「（○○経由）光が丘行」と呼称していたが、現在は内回り区間が光が丘駅→築地市場駅間では「○○・○○方面行き」、勝どき駅→新宿西口駅間では「（○○経由）都庁前行き」、外回り区間が都庁前駅 - 蔵前駅間では「○○・○○方面行き」、両国 - 練馬春日町間では「（○○経由）光が丘行き」に呼称を変更している。○○に入る駅は都庁前・六本木・大門・両国・春日・飯田橋各駅から2駅（ただし春日駅は大門駅 - 森下駅間の内回りのみ、都庁前は大門駅 - 新宿駅間の外回りのみ）。 このため、各車両のLED式前面・側面行先表示は走行区間によって変化する。
朝夕ラッシュ時は最短3分間隔で運転されており、 都庁前駅 - 飯田橋駅 - 両国駅 - 清澄白河駅間 清澄白河駅 - 大門駅 - 六本木駅 - 都庁前駅 - 光が丘駅間 という区間運転列車が多数設定されている。これらのほとんどは、清澄白河駅東側にある木場車庫の入出庫の都合で設定された列車である。清澄白河駅以外にも汐留駅と新御徒町駅には、都庁前駅方面への折り返しが可能な引き上げ線があり大江戸線建設物語、pp. 17 - 18。、練馬駅・国立競技場駅・赤羽橋駅・牛込神楽坂駅に非常用の渡り線が設けられている。この関係で早朝・夜間には、 都庁前駅発六本木・大門・両国・飯田橋駅経由都庁前駅行き（朝のみ） 汐留駅 - 大門駅 - 六本木駅 - 都庁前駅 - 光が丘駅間 都庁前駅 - 飯田橋駅 - 新御徒町駅間 光が丘駅発都庁前駅行き（深夜のみ） といった区間運転列車が少数ながら設定されている。
日中は全線往復運転が基本であり、2012年3月17日のダイヤ改正以後は6分間隔で運転されている。この改正前までは180分間に29本運転（6分12秒間隔）であった。
また、終日を通して都庁前駅では六本木・大門方面の列車から飯田橋駅方面の列車へ、および飯田橋方面発都庁前行きの列車から光が丘行き列車への乗り継ぎ時間が少なくなるように設定されている。
他の都営地下鉄路線と同様に、沿線の花火大会や国立競技場でのサッカーの試合やコンサートなどの大規模イベントが行われる際に臨時列車が設定されることがある。
ワンマン運転 開業当初より全線でワンマン運転を実施している。このため、保安装置にATC装置を、また列車の自動運転機能を有するATO装置を採用している。