東北本線 直通 列車 は 以前 は 福島 駅 ・ 松島 駅 ・ 小牛田 駅 など あらゆる 方向 へ 乗り入れ て い た が 、 2001 年 以降 本数 が 少し ずつ 減り 、 2007 年 3 月 18 日 の ダイヤ 改正 で 2 本 あっ た 東北 本線 の 直通 列車 は 消滅 し た （ すべて 仙台 駅 発着 ） 。

また 、 以前 より 仙山線 の 列車 が 仙台 空港線 仙台 空港 駅 まで 乗り入れ 、 山形 と 仙台 空港 を 結ぶ 構想 が ある 。

この 後 、 この 件 は 長期 的 な 課題 として 引き続き 検討 さ れる こと と なり 、 2007 年 4 月 、 5 月 に は 団体 専用 臨時 列車 として 山形 ・ 仙台 空港 間 を 直通 する 列車 が 走っ た 。

仙台 車両 センター 所属 車 が 運用 さ れ て いる 。

改正 鉄道 敷設 法 別表 第 20 号 前段 に 規定 する 仙台 と 山形 を 短絡 する 鉄道 で ある 。

当初 より 、 仙台 - 山形 間 の 都市 間 連絡 を 目的 と し た 幹線 鉄道 で あっ た ため 、 駅 間 が 長かっ た 。

1980 年代 中頃 から 、 地域 輸送 の 充実 を 目的 として 仙台 - 愛子 間 を 中心 に 新駅 が 設置 さ れ て いる 。

これ は 、 仙台 市 都心 部 の 交通 渋滞 悪化 など により 、 定時 性 の ある 鉄道 で の 通勤 通学 需要 が 起こり 、 また 沿線 の 宅地 化 で 新駅 設置 し て も ペイ する よう に なっ た ため で ある 。

仙台 空港 鉄道 仙台 空港線 （ 2007 年 開業 ） の 建設 にあたって 、 仙山線 の 高速 化 および 仙台 空港 アクセス 線 と の 相互 直通 化 の 調査 を 1999 年 （ 平成 11 年 ） 度 から 国土 交通省 が 行い 、 各界 から も 両 件 実現 を 望む 声 が 上がっ た 。

しかし 2004 年 （ 平成 16 年 ） から 、 東北 ・ 山形 自動車 道 経由 で 仙 山間 を 結ぶ 高速 バス ・ 仙台 - 山形 線 の 増発 により 旅客 争奪 戦 を 強い られ 、 全線 を通して 乗車 する 利用 客 は 減少 し た 。

他方 、 愛子 盆地 の 人口 増加 と 仙台 西 道路 の ラッシュ 時 の 混雑 により 、 愛子 盆地 住民 の 都心 部 へ の 自動車 ・ バス による アクセス 時間 が 延長 し て き た ため 、 定時 性 の ある 仙山線 通勤 の 需要 が 高まり 、 愛子 や 陸前 落合 など の 旧来 から の 駅 の 利用 客 も 増え て いる 。

また 、 2001 年 （ 平成 13 年 ） から の 仙台 市 の 「 アクセス 30 分 構想 」 に 基く 仙台 市 の オムニバス タウン 事業 により 両 駅 の 駅前 広場 は 整備 さ れ 、 仙山線 は 仙台 - 愛子 間 の 近郊 輸送 に 重点 を 置い た ダイヤ が 組ま れ て いる 。

ただ 、 両 都市 間 の 輸送 は もとより 、 途中 駅 から 仙台 ・ 山形 両 方面 へ 向かう 乗客 も おり 、 引き続き 都市 間 連絡 路線 として の 役割 を 担い 続け て いる 。

また 、 冬季 の 運休 が 多く 見 られる 山形 新幹線 の バイパス 路線 として も 機能 し て いる （ 山形 新幹線 は 大雪 や 強風 で の 運休 が 多く 、 仙山線 は 大雪 の 運休 が 少ない ため ） という こと も あり 、 再び 仙山線 における 仙台 - 山形 間 通し で の 利用 客 は 増加 傾向 に ある 。

1957 年 （ 昭和 32 年 ） 9 月 5 日 、 試験 区間 は 仙台 - 作並 間 に 拡大 さ れ 、 同時に 交流 電化 区間 における 営業 運転 が 開始 さ れ た 。

仙山線 の 仙台 駅 - 愛子 駅 は 、 開業 当初 から 1980 年代 まで は 仙台 ・ 北仙台 ・ 陸前 落合 ・ 愛子 の 4 駅 のみ で あっ た 。

この 頃 に は 小田原 3 丁目 - 4 丁目 の キリンビール の 敷地 （ 仙台 駅 - 東照宮 間 ） に 新駅 を 設置 する 案 が 何 度 か 出 て 、 1986 年 12 月 に は 市議会 に 仮称 小田原 駅 が 請願 さ れ た が 、 今 の ところ 実現 に は 至っ て い ない 。

まず 、 沿線 の 東北福祉大学 が 北山 駅 と 国見 駅 の 中間 地点 の 新駅 設置 に 動き出し 、 JR や 仙台 市 と の 間 で 協議 し た 結果 、 東北福祉大学 が 建設 費 を 全額 負担 する こと で 設置 が 決定 、 東北 福祉 大前 駅 と の 名称 に 決まっ た 。

隣接 地 の 仙台 市 青葉 区 国見 1 丁目 に 東北福祉大学 の 福祉 大 ビル が 2006 年 12 月 に 完成 し た 。

また 、 青葉 区 中江 付近 から 北 仙台 駅 まで を 高架 化 し 、 新 石巻 街道 踏切 付近 に 新駅 （ 中江 駅 ） を 設ける 構想 も ある 。