도쿄와 나가노를 잇는 도시간 수송은 호쿠리쿠 신칸센에 넘겼으며, 다카사키역에서 요코카와역까지는 지방 노선으로 변했다. 다카사키 역 ~ 요코카와 역 구간에서는 출근 시간대에는 20분에서 30분당 1편, 낮에는 시간당 1편꼴로 보통 열차가 다니고 있다. 폐선된 요코카와 역에서 가루이자와역까지는 JR 버스 간토가 운영하는 노선 버스가 다니고 있다.
시노노이 ~ 나가노
시노노이 역에서는 제3종 철도사업자인 시나노 철도선과 동일본 여객철도의 시노노이 선이 나가노 역까지 함께 달리기 때문에 비교적 열차편수가 많다. L특급 시나노 등 나고야 방면으로 운행하는 열차도 있다. 시노노이 선으로 직결 운행하는 열차들은 대개 주오 본선 방면으로 향하는 열차들로 장거리를 달리고 있다.
한편 나가노와 나오에쓰를 잇는 구간에서는 나가노 신칸센과의 접속을 고려한 열차들이 자주 다니며, 도요노역 ~ 나가노 역 구간에서는 이야마 선에서 직결 운행을 하는 열차도 있다. 나가노 역 ~ 도요노 역·묘코코겐 역, 나오에쓰 역 ~ 아라이 역·묘코코겐 역 사이를 달리는 열차들도 있다. 이 구간의 대부분은 단선 구간이기 때문에 낮 시간대에는 열차가 다니지 않는 시간대도 있다.
나오에쓰 ~ 니가타
니가타 현 내의 각 도시를 잇는 쾌속 구비키노(아라이 역 ~ 니가타 역 간)이나 근거리 수송을 맡는 보통 열차들도 다니고 있다. 보통 열차들은 나가오카 역을 경계로 운행 계통이 대부분 갈라지며, 조에쓰선에서 들어오는 열차가 나가오카 역 ~ 니가타 역 사이에서 직결 운행을 하고 있다.
1885년 다카사키 역에서 요코카와 역까지 노선이 뚫린 것이 시초이다. 그 후 1886년~1888년 사이에 나오에쓰 역에서 나가노 역, 우에다 역, 가루이자와 역까지 노선이 뚫렸고, 1893년에는 중간의 우스이 고개를 지나게 되었다. 1907년에는 나오에쓰와 니가타를 잇는 '호쿠에쓰 철도'를 국유화하여, 1910년에 다카사키에서 나가노를 돌아 니가타로 이어지는 구간을 신에쓰 선으로 확정지었다.
1912년5월 11일에는 우스이 고개를 넘는 요코카와 역 ~ 가루이자와 역이 직류 600V 구간으로 전철화되었는데, 이는 일본 간선 철도 중에서는 처음이다. 같은해 9월에는 니쓰 역에서 시바타 역으로 이어지는 지선을 개통했는데 1914년에 다카사키 역에서 니가타 역으로 이어지는 기존의 신에쓰 선은 본선으로 격상되고, 시바타 역으로 이어지는 지선은 무라카미 선으로 떨어져나가게 되었다.
그 후 차례차례 주요 구간들이 복선화되었고, 1987년4월 1일 민영화에 따라 동일본 여객철도와 일본화물철도의 소속이 되었다. 1997년10월 1일에는 나가노 신칸센의 개업으로 우스이 고개 구간이 폐지되고, 가루이자와 역에서 시노노이역까지는 시나노 철도가 인수하게 되었다.
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