山陽本線（さんようほんせん）は、兵庫県神戸市中央区の神戸駅から福岡県北九州市門司区の門司駅までを瀬戸内海に沿って結ぶJRの鉄道路線（幹線）である。本線のほか、通称「和田岬線」と呼ばれる兵庫駅 - 和田岬駅間の支線を持つ。神戸駅 - 下関駅間と和田岬線は西日本旅客鉄道（JR西日本）、下関駅 - 門司駅間は九州旅客鉄道（JR九州）の管轄となっている。
なお、広義では山陽新幹線の新神戸駅から小倉駅までの区間も山陽本線に含める場合があるが、本項目では在来線としての山陽本線全般の概要や沿革などについて記す。新幹線については「山陽新幹線」を、また在来線のうち神戸駅 - 姫路駅間については「JR神戸線」も参照。
概要 神戸駅を終点とする東海道本線を西に延長する形で、神戸から姫路・岡山・福山・広島・下関などの兵庫県南部から山陽地方の瀬戸内海沿いの各主要都市を経由し、北九州の門司に至る路線である。東海道本線とともに本州の大動脈としての役割を担っており、普通・快速・新快速・特急・貨物列車が東海道本線と直通運転していることから「東海道・山陽本線」とまとめて呼ばれることが多い。門司駅からは鹿児島本線に直通して北九州市の中心駅である小倉駅方面に至る。
かつては東京や京阪神（関西）と中国地方・九州を結ぶ長距離旅客列車が運行されていたが、山陽新幹線の開業後は長距離旅客輸送の役割を同新幹線に譲り、並行する山陽本線の旅客輸送は地域輸送中心の体制に移行している。全線を走行する定期旅客列車は現在は存在せず、倉敷駅 - 門司駅間には特急列車が運行されていない。一方、日本貨物鉄道（JR貨物）による貨物列車は全区間で運行されており、ほとんどの貨物列車が東海道本線と直通運転している。
神戸駅 - 姫路駅間には、直通している東海道本線の大阪駅 - 神戸駅間とともに「JR神戸線」の愛称がつけられている。大阪駅 - 姫路駅間は阪神間および兵庫県南部（播磨地域）の都市間を結ぶ主要路線であるJR神戸線として一体的な運行がなされ、12両編成の新快速が高速・高頻度運転を行なっている。JR神戸線区間は基本的に姫路駅以西とは大きく運行形態が異なる。また、神戸駅 - 相生駅間と和田岬線が旅客営業規則の定める「大阪近郊区間」、神戸駅 - 網干駅間が「電車特定区間」に含まれる。神戸駅 - 西明石駅間は、東海道本線（琵琶湖線）の草津駅（滋賀県草津市）から続く複々線となっており、草津駅 - 西明石駅間の複々線の距離は120.9 kmと日本最長である。複々線区間では主に新快速と特急・貨物列車が列車線を、快速列車と普通電車が電車線を走行する。
中国地方の広島エリアの区間にある「瀬野八」と呼ばれる瀬野駅 - 八本松駅間は、22.6‰の勾配と半径300mの急曲線が散在しているため、スピードアップの大きな障害となっている（沿線風景の三原駅 - 広島駅間も参照）。
神戸駅 - 下関駅間と和田岬線のJR西日本区間全線がIC乗車カード「ICOCA」の利用エリアご利用可能エリア｜ICOCA：JRおでかけネット - 西日本旅客鉄道、2023年4月2日閲覧在来線（山口エリア）および山陽新幹線でのICカードサービス拡大 〜2023年4月1日（土）スタート！〜 - 西日本旅客鉄道、2022年12月21日、下関駅 - 門司駅間がJR九州のIC乗車カード「SUGOCA」の利用エリア（福岡・佐賀・長崎・熊本・大分エリア）となっている。ただし、ICOCA定期券を除いてICOCAエリアとSUGOCAエリアとをIC乗車カードでまたがって利用することはできない。
ラインカラーは、JR神戸線区間にはJR西日本のコーポレートカラーである「青」が設定されており、姫路駅以西には特に設定されていなかったが、公式サイトの近畿エリア路線図には、姫路駅 - 上郡駅間もJR神戸線と同じ青で表現されていた。岡山支社では「緑」、広島支社では「青」が、それぞれ自支社独自のラインカラーに設定されていたがいずれも駅の案内では他支社管轄区間も自支社のラインカラーに従った案内になっており、例えば岡山駅掲出の運賃表ではJR神戸線の区間も緑色で記載される。また糸崎駅では広島方面も緑色、三原駅では岡山駅方面も青色で記載していた。、2014年度から路線記号の導入に合わせて広島支社エリアでもJR西日本としての公式なラインカラーが設定されることになり、ラインカラーと路線記号として、神戸駅 - 上郡駅間に青（） A 、白市駅（後に糸崎駅まで延長） - 広島駅間に緑（） G 、広島駅 - 岩国駅間に赤（） R がそれぞれ設定された近畿エリア・広島エリアに「路線記号」を導入します - 西日本旅客鉄道ニュースリリース 2014年8月6日。このうち、海田市駅 - 広島駅間は呉線の列車が乗り入れるため、重複して黄（） Y が、広島駅 - 横川駅間は可部線の列車が乗り入れるため、重複して青（） B が付与されている。
2016年3月26日からは岡山支社エリアでもラインカラーと路線記号として、三石駅 - 岡山駅間（既存の「A」区間との境界は上郡駅）に黄緑（） S 、岡山駅 - 福山駅間に橙（） W 、福山駅 - 糸崎駅間に空色（） X がそれぞれ設定された岡山・福山エリアの主な路線に「路線記号」「ラインカラー」を導入します - 西日本旅客鉄道ニュースリリース 2015年9月17日、2016年3月9日閲覧「吉備線・宇野線・岡山駅出入口の愛称名」ならびに「路線記号・ラインカラー」の使用開始について - 西日本旅客鉄道ニュースリリース 2016年1月28日、2016年3月10日閲覧。 このうち、東岡山駅 - 岡山駅間は赤穂線の列車が乗り入れるため、重複して赤（） N が、岡山駅 - 倉敷駅間は伯備線の列車が乗り入れるため、重複して緑（） V が付与されている。
なお、このダイヤ改正後に更新された公式サイトの全域路線図や、岡山支社管内で運賃表を路線記号入りに更新した駅や、2017年3月に案内表示の更新が開始された糸崎駅では、既存の「G」区間についても三原駅 - 白市駅間が包含され、三原駅 - 広島駅間（「X」区間との境界は糸崎駅）を設定範囲としており、「R」区間は広島地区導入段階から南岩国駅も含まれている。ただし、これらの三原駅 - 入野駅の各駅構内の旅客案内では白市駅 - 岩国駅の各駅とは異なり、路線記号のアルファベットを抜いたカラーのみのシンボルを用いている。
岩国駅 - 下関駅間については2018年8月現在で路線記号導入の予定はない一方で、公式サイトの広島エリアの路線図では2016年度の時点で岩国以東の延長の形で赤で表現されていたが、2017年3月の可部線の延伸に合わせて路線記号制定前に使用していた青（）による案内に戻された。この時点では当該区間の駅構内の旅客案内で赤と青が混在（いずれの場合もアルファベット無し）していたが、2018年3月のダイヤ改正までには青に統一されたほか、岩国駅については新駅舎供用と同時に区間のカラーを区別するようになった。
JR九州区間においても2018年9月からラインカラー・駅ナンバリングが設定されており、鹿児島本線（吉塚 - 門司港間）と共通のラインカラー赤（）、路線記号JAを使うが、ナンバリングは鹿児島本線と独立して設定してあり、小倉駅をJA51として下関駅へ向けて増加する。
支社および鉄道部の管轄は以下のように分かれている。 神戸駅 - 上郡駅間、兵庫駅 - 和田岬駅間 …JR西日本近畿統括本部 上郡駅（構内除く）- 下関駅間 …JR西日本中国統括本部 下関駅（構内除く）- 門司駅間 …JR九州本社鉄道事業本部
路線データ
管轄・路線距離（営業キロ）：全長537.1 km（支線を除いた神戸駅 - 門司駅間は534.4 km） 西日本旅客鉄道（第一種鉄道事業者） 神戸駅 - 下関駅間 528.1 km 兵庫駅 - 和田岬駅間 2.7 km （和田岬線） 九州旅客鉄道（第一種鉄道事業者） 下関駅 - 門司駅間 6.3 km 日本貨物鉄道（第二種鉄道事業者） 神戸駅 - 北九州貨物ターミナル駅間 (534.4 km) 軌間：1067mm 規格： 神戸駅 - 下関駅間 甲線 兵庫駅 - 和田岬駅間 不明 下関駅 - 門司駅間 甲線 駅数：132（起終点駅含む） 旅客駅：128 JR西日本：127 JR九州：1（下関駅を除く） 山陽本線所属の旅客駅に限定した場合、東海道本線所属の神戸駅と鹿児島本線所属の門司駅『停車場変遷大事典 国鉄・JR編』JTB、1998年。。 が除外され、125駅となるこれらはすべてJR西日本所属で、JR九州としての山陽本線所属駅はない。。 貨物駅：4（旅客併設駅除く） 複線区間： 複々線： 神戸駅 - 西明石駅間 22.8 km 海田市駅 - 広島駅間 6.4 km 複線： 西明石駅 - 海田市駅間 275.5 km 広島駅 - 門司駅間 229.7 km（下関駅 - 門司駅間は単線並列） 単線：兵庫駅 - 和田岬駅間 電化区間：全線（直流1500V、門司駅構内のみ交流20,000V・60 Hz） 閉塞方式：自動閉塞式 保安装置 神戸駅 - 上郡駅間：ATS-P（拠点P方式）およびATS-SW 白市駅 - 岩国駅間：D-TAS及びATS-SW 上郡駅 - 白市駅間、岩国駅 - 下関駅間、兵庫駅 - 和田岬駅間：ATS-SW 下関駅 - 門司駅間：ATS-SK 最高速度： 神戸駅 - 姫路駅間 130 km/h（西明石駅 - 兵庫駅間の電車線は120km/h） 姫路駅 - 下関駅間 120 km/h 下関駅 - 門司駅間 95km/hFACt SHEETS 2017 - JR九州 兵庫駅 - 和田岬駅間 85 km/h 運転指令所： 神戸駅 - 上郡駅間 近畿総合指令所大阪指令所 上郡駅 - 糸崎駅間 中国総合指令所岡山指令所 糸崎駅 - 下関駅間 中国総合指令所広島指令所 下関駅 - 門司駅間 博多総合指令センター 列車運行管理システム JR京都・神戸線運行管理システム（神戸駅 - 上郡駅間） 山陽線運行管理システム（上郡駅 - 三原駅間、両駅の構内除く） IC乗車カード対応区間 ICOCAエリア ： 神戸駅 - 下関駅間 （神戸駅 - 相生駅は、PiTaPaポストペイサービス対象区間） 兵庫駅 - 和田岬駅間 （PiTaPaポストペイサービス対象区間） SUGOCA福岡・佐賀・熊本・大分エリア： 下関駅 - 門司駅間
上記の営業キロ数は柳井駅経由のものである。岩国駅 - 櫛ケ浜駅間を通過する場合の運賃・料金は最短経路である岩徳線経由として計算する（経路特定区間）。岩徳線の岩国駅 - 櫛ケ浜駅間は営業キロ43.7 km、換算キロ48.1 kmなので、神戸駅 - 門司駅間の運賃・料金計算に用いる営業キロは512.7 km、運賃計算キロは517.1 kmとなる。
沿線概況
須磨駅 - 塩屋駅間、東尾道駅 - 三原駅間、宮島口駅近辺、岩国駅以西の山口県内では、瀬戸内海が車窓に迫る。最後は下関駅の先で海の下に潜って、再び地上に出るとそこは九州である。
神戸駅 - 姫路駅間
山陽本線の起点でもあり、東海道本線の終点でもある神戸駅は、3面5線の構造になっており、上り線は2面3線の構造になっている。東海道本線から途切れることなくほとんどの列車が直通運転を行っている。神戸駅を出ると、東海道本線から引き続き方向別複々線で西へ進み、しばらくビル街のまん中を貫くように走る。次の兵庫駅では和田岬駅へ向かう支線の通称「和田岬線」が接続する。和田岬線は、工場地帯の通勤線であり『全線全駅鉄道の旅 9 山陽・四国 JR私鉄3300キロ』小学館、1991年、p.52、平日でも朝夕の時間帯しか運行されていない。ホームも1面1線の単線路線で、兵庫駅 - 和田岬駅間のピストン輸送となっている。
兵庫駅 - 新長田駅間で方向別複々線が終わり、ここから先は線路別複々線となる。列車線が山側、電車線が海側になっており、列車線を新快速などの優等列車と貨物列車が走り、電車線を快速と普通が走っている。兵庫駅から明石駅まで列車線にホームはない。新長田駅は普通しか停車しないが、神戸市営地下鉄西神・山手線、海岸線と連絡している。
神戸貨物ターミナル駅が併設されている鷹取駅を出ると、列車線の上り線が合流して阪神高速3号神戸線を潜る。少し走ると須磨海浜公園駅へ。電車線のみにホームがあり、2面4線の橋上駅舎となっている須磨駅付近では海と山に挟まれた険しい地形の中を山陽電気鉄道本線・国道2号とともに並走する。国道2号が山陽本線を乗り越えて行くと塩屋駅に着く。垂水駅を出ると、舞子駅で明石海峡大橋の下を潜り、明石市に入ってすぐの朝霧駅まで海沿いを走り、やがて日本標準時子午線上にある時計台で知られる明石市立天文科学館を過ぎると、城下町である明石市の中心駅・明石駅である。
この駅は2面4線の構造になっているが、線路別の構造になっているので同一ホーム上での緩急接続はできない。東海道本線の草津駅から続いた複々線は次の西明石駅で終わり、この先は複線となって真っ直ぐ北西方向を向いて走る。住宅やマンションが建て込む明石の市街地を走り、2面4線の大久保駅。さらに真っ直ぐ走り、左手から山陽新幹線が近づいてきて、それを見ながら2面2線の魚住駅。魚住駅を出ると山陽新幹線が左手に離れて行き、線路は真っ直ぐ北西方向に走り、明石市と播磨町に跨る2面3線の土山駅に着く。加古川市に入り、左手に加古川バイパスが並行するのを見て2面3線の東加古川駅、さらに真っ直ぐ北西方向を向いて走り、高架線を駆け上がり加古川の市街地を見て加古川駅に着く。
加古川を出るとすぐに加古川を渡り宝殿駅。この駅は加古川市と高砂市の境にある。姫路バイパスが乗り越えて右にカーブしながら曽根駅。ここまでが高砂市で、この駅を出ると播磨地方の中心都市・姫路市に入る。ひめじ別所駅・姫路貨物駅、御着駅を過ぎると市川を渡り、東姫路駅を過ぎて市街地に入り姫路駅に至る。姫路駅は姫新線・播但線および播州赤穂や上郡・岡山方面との乗り換え駅となっている。また、須磨駅 - 明石駅間で並走し、明石以西では南側の沿岸部に進路をとった山陽電気鉄道本線も、姫路駅北側に所在する山陽姫路駅に乗り入れている。
姫路駅 - 岡山駅間 姫路駅を出ると山陽電鉄本線を跨ぎ、その後は南西方向に真っすぐに進んで山陽新幹線を潜りしばらく姫新線と並行する。姫新線が分かれていくと、手柄山平和公園駅に到着する。兵庫県道145号と国道2号姫路バイパスを潜ると英賀保駅。はりま勝原駅を過ぎ、次の網干駅は姫路市の南西端に位置し、岡山方には網干総合車両所が広がっている。網干駅は山陽網干駅と駅名は似るが、約3 km離れており乗り換えには向かない。網干駅を出ると、左手に広大な車両所が広がるのを見て進む。なお、網干総合車両所の所在地は姫路市ではなく太子町である。
車両所が途切れると林田川を渡り、山陽新幹線の高架が見えて、それを潜ると揖保川を渡る。揖保川を渡ってたつの市に入ると竜野駅だが、名称は「たつの」であっても平成の大合併前の龍野市内の駅ですらなかった駅で、たつの市の中心駅は市役所なども近い、姫新線の本竜野駅である。相生市に入って山陽新幹線を潜ると相生駅、左手に単線の赤穂線が分かれていき、山陽本線は右にカーブし、再び山陽新幹線の高架と山陽自動車道を潜って狭い山間を行く。国道2号と並行して進み、赤穂市に入って有年駅。有年駅を出ると右にカーブして進路を北にとる。国道2号とは離れて、国道373号と千種川に沿って進む。しばらくして上郡町に入り、千種川を渡ると、智頭急行線が分岐する上郡駅に到着する。現在は京阪神・岡山から鳥取方面に向かう特急列車は智頭急行線を経由している。
この先、兵庫県と岡山県の県境を有する上郡駅 - 三石駅間は12.8 kmあり、山陽本線では最も長い駅間であり、2024年3月の北陸新幹線延伸に伴う北陸本線（敦賀駅 - 金沢駅間）の第三セクター鉄道への経営移管後は、本区間がJR西日本の在来線で最も駅間が長い区間となっている。同時に、和田岬線に次いで列車本数の少ない区間であり、この区間を通る普通列車は、企画乗車券「青春18きっぷ」の使用可能期間中、京阪神方面と四国・広島・岡山方面を往来する乗客で混雑する場合が多い「青春18きっぷ」で山陽本線の旅、その2 - 糸崎駅から三ノ宮駅まで｜山陽新幹線＆山陽本線の旅 マイナビニュース 2019年2月25日初めての方は要覚悟！18きっぷ難所ランキング新幹線並行区間編｜汽車旅指南所 2017年7月8日 。そのため、一部の列車で最大6 - 7両編成での運転も行っている。
上郡駅を出て、上下線が智頭急行線の単線の線路を挟んで進み、左にカーブして智頭急行線が高架線の形で、山陽本線上り線を乗り越えて右手に分かれて行く。ここから先は標高は低いものの軽い峠越えであり、山を周り込むように走る。例えば次の駅への最短距離を進むなら南南西の鯰峠に直行せねばならないが、実際の経路は北上して鯰峠を避けて、鯰峠の西の谷を登りながら走る。そして、千種川水系と吉井川水系との分水嶺である船坂峠を船坂トンネルで抜けると岡山県に入る。国道2号と並行して走り、三石駅。次は備前市にある閑谷学校に近い吉永駅。吉永駅を出て、日笠川や金剛川を渡り和気駅。和気を出ると左手に山陽自動車道、右手に吉井川を見ながら進むと熊山駅、吉井川を渡ると岡山市に入り万富駅。万富駅からしばらく西南方向に走ると瀬戸駅で、しばらく南に向かって進み、山陽新幹線の高架を潜って、右にカーブして山陽新幹線に沿って西へ進んで上道駅に着く。東岡山駅で赤穂線と合流して高島駅を過ぎると、百間川を渡り西川原駅。旭川を渡る付近で岡山城が見え始めると、津山線と合流し岡山駅に着く。
岡山駅は津山線のほか、吉備線と宇野線の起点であると同時に、運転系統上は伯備線と赤穂線および瀬戸大橋線の列車も、ほとんどが岡山駅を始発・終着としている。また岡山電気軌道の路面電車との乗り換えも可能である。
岡山駅 - 三原駅間 岡山駅を出て、JR貨物岡山機関区、JR西日本岡山電車区といった広大な車両基地を併設した岡山貨物ターミナル駅を過ぎると、北長瀬駅、庭瀬駅を通る。庭瀬駅を出ると家並みが途切れて田畑が目立つようになる。岡山県倉敷スポーツ公園野球場（マスカットスタジアム）の最寄駅でもある中庄駅を経て、右手に山陽自動車道の倉敷ジャンクションが見え、瀬戸中央自動車道を潜る。左にカーブして西南方向を向いて走り、伯備線への下り線が分岐し高架になって山陽本線を乗り越え、3線になってホーム3面5線の倉敷駅へ。
岡山県第二の都市・倉敷市の中心駅である倉敷駅は伯備線が分岐し、駅の南西からは水島臨海鉄道が発着している。周辺には大原美術館や白壁の商家が並ぶ美観地区などの観光名所がある『全線全駅鉄道の旅 9 山陽・四国 JR私鉄3300キロ』小学館、1991年、pp.58-59。 次の西阿知駅の先で高梁川を渡ると、白桃や、マスカット、ピオーネなどのブドウの産地である玉島地域を通り、平地や山の斜面に桃畑や葡萄畑が作られているのを見ることができる。再び山陽新幹線が近付いてくると新倉敷駅である。金光教の本部がある金光駅、鴨方駅、里庄駅と、のどかな田園風景がしばらく続く。笠岡市に入って、工場や商業施設が国道2号沿いに立ち並んでいるのを見ながら走り、左手に笠岡港が見えると笠岡駅である。次の大門駅から広島県に入る。
貨物ターミナル併設の東福山駅を過ぎ、3階を新幹線、2階部分を在来線が走行する二重高架区間となり福山城が迫ると広島県東部の拠点都市である福山市の中心駅福山駅に到着する。福山駅は山陽新幹線との乗り換え駅で、福塩線が分岐するほか、井原鉄道の一部列車も乗り入れる。芦田川を渡り市街地をしばらく進むと、周辺の景色は田園地帯になり、山陽新幹線が福山トンネルに入るあたりで備後赤坂駅を経て、1966年まで存在した旧松永市の中心駅・松永駅へ。しばらく宅地化の進む中を走って東尾道駅を過ぎる。
三原駅までは海の見える区間が長く続き、中でも尾道市にある急斜面の石段と伝統的な街並みに、しまなみ海道の橋梁を望む情景は、。
尾道の市街地が途切れて三原市に入る。糸崎港が見えてくると糸崎駅である。糸崎駅は運転上の要衝で、岡山方面や広島方面からの列車が折り返す。次の三原駅では呉線が分岐する。
三原駅 - 広島駅間 本郷駅を過ぎるとその後は山岳路線となり、緩やかな上りカーブが連続する。東広島市に入り、椋梨川を渡ると河内駅。駅前には国道432号が通り、駅南側の山の上には広島空港がある。入野駅を過ぎ、白市駅からは広島シティネットワーク区間に入る。この駅から先はしばらく平坦な路盤になり、学生の多い西高屋駅、東広島市の中心地である酒都・西条にあり広島大学への連絡口ともなっている西条駅、2017年に開業した寺家駅を経て、八本松駅へ向かう。
山陽本線は山陽鉄道の時代から、なるべく路線の勾配を抑えることに重点を置いて建設されたが、三原駅以西のルートを決めるにあたり、工費のかかるトンネルを避けつつ、最も経済的な最短経路を選んだ結果、広島県内の八本松駅 - 瀬野駅間に「瀬野八」と呼ばれる22.6‰の急勾配区間が生じた浅野明彦『鉄道考古学を歩く』JTB、1998年、pp.167-168。上り貨物列車は広島貨物ターミナル駅 - 西条駅間で、最後尾に補助機関車（補機）を連結して後押ししてもらっている。 thumb|200px|none|後補機のEF67を連結して「瀬野八」区間を行く貨物列車
瀬野八を下っていき、広島市に入り、瀬野川と国道2号に沿いながら瀬野駅へ。この駅の北にはスカイレールタウンみどり坂という住宅地があり、2024年4月までスカイレールという交通機関が延びていた。瀬野駅の先も広島平野に流れる瀬野川に沿って坂が続き、中野東駅に至る。この辺りから徐々に平地が多くなり、次の安芸中野駅を出る頃には広島平野が広がる。
海田町に入ってすぐ、山陽新幹線を潜り、呉線と合流すると海田市駅。海田市を出るとすぐに再び広島市に入り、呉線の線路を潜りて、複々線となって進む。この先、広島駅までは複々線区間で、旅客列車を外側2線に、貨物列車を内側2線に振り分けることで、広島都市圏の輸送量に対応している。府中町に入って向洋駅。この駅付近にはマツダが本社を構える。再度広島市に入り、天神川駅を通り、芸備線の線路が見えた後、グラウンドが垣間見えるMAZDA Zoom-Zoom スタジアム広島（広島市民球場）の横を通過するとまもなく広島駅に到着する。
広島駅では山陽新幹線のほかに芸備線、運転系統上は可部線や呉線の列車が発着しており、それらと接続している。また駅前からは広島電鉄（広電）が発着しており、紙屋町・八丁堀など広島市中心部へのアクセスとなっている。
広島駅 - 岩国駅間 広島駅を出発するとまもなく、2015年に開業した新白島駅に着く。可部線大町駅と共にアストラムラインとの乗換駅として、広島市北部の住宅地や紙屋町・本通など繁華街へ向かう新たなルートの起点として期待される。横川駅で可部線と分岐し、太田川放水路を渡って左にカーブして、山陽新幹線とは別れ南西を向いて太田川放水路沿いに進む。そのまま太田川放水路沿いに進んで西広島駅。ここから先、宮島口駅までは広電と並行する。草津沼田道路を潜りて、広電の商工センター入口駅が併設されている新井口駅で、八幡川を渡ると、広電の広電五日市駅が併設されている五日市駅、廿日市駅、宮内串戸駅を過ぎ、左手に広電、その向こうに国道2号、さらに向こうに海を見て南下していく。国道2号バイパスが乗り越えて海側を走る国道2号と合流し、しばらく走り阿品駅に着く。市街地と郊外の住宅地の風景が続くが、次第に海沿いの区間となり、車窓に世界遺産で日本三景の一つである安芸の宮島が見えると宮島口駅。宮島口駅を出ると国道2号と並行して海沿いを進む。前空駅を過ぎ、右にカーブして内陸に入って大野浦駅。広島県西端の工業都市・大竹市に入り玖波駅を過ぎ、コンビナート群が近付いてくると大竹駅に着く。
小瀬川を渡ると山口県である。2008年3月15日和木町に開業した和木駅を過ぎ、岩国市の中心駅・岩国駅に到着。この駅は岩徳線との分岐駅で、この線に直通する錦川鉄道の車両も見られる。
岩国駅 - 下関駅間 岩国駅から櫛ケ浜駅まで、岩徳線は山岳路線として山中を短絡するのに対し、山陽本線は海岸沿いを遠回りして走る。特に南岩国駅から大畠駅までは瀬戸内海が一望できる区間となっており周防大島や大島大橋、防予フェリー（柳井港駅から徒歩でフェリーターミナルにアクセスできる）の船舶を見ることができる。なお、山陽新幹線のルートはほぼ岩徳線に沿っている。
徳山駅から先はカーブをくり返す線形を取る区間が多い。新山口駅では山陽新幹線、宇部線、山口線、萩市方面へのバスの乗り換え駅となっており山口県の鉄道の要衝となっている。 宇部駅を出ると厚狭駅までカーブを多く渡りながら新幹線と合流。山陽小野田市の中心地を過ぎていくと一旦住宅地を抜け、再び街が構成され小月駅に到着。
長府駅を出ると瀬戸内海と別れ、山陽新幹線と垂直に交差する新下関駅を過ぎ、日本海側を経由してきた山陰本線と合流。同線との接続駅である幡生駅は、車両工場である下関総合車両所が隣接し、駅南側にはJR貨物幡生機関区が広がる。住宅地を進み、本州側最後の駅である下関駅に至る。
下関駅 - 門司駅間 下関駅 - 門司駅間はJR九州区間となる。下関駅を出ると車両基地である下関総合車両所運用検修センターと貨物駅に挟まれる形で進み、運河を渡った先の彦島で関門トンネルに入り関門海峡の下を通過する。トンネルを出ると本州から九州に入って北九州市となり、鹿児島本線の上下線の間に出て同線と合流し、山陽本線の終点である門司駅に至る。関門トンネルの門司側の出入り口にはデッドセクションがあり、直流・交流の転換を行う（「運行形態」の節も参照）。なお貨物線は坂道での停止を防ぐため、旅客線より小倉側にデッドセクションが設置されている。
運行形態 東海道本線と同じく、山陽新幹線開業以後は都市間輸送鉄道としての役割は新幹線に譲っている。寝台特急などの夜行列車が全線を通して運転されていたが、2009年3月14日のダイヤ改正で寝台特急「富士」「はやぶさ」（山陽本線内では併結運転）が廃止されたのを最後に山陽本線の全区間を直通運行する定期旅客列車は全廃された。
優等列車 2025年3月現在、山陽本線内のみを運行する定期運行の優等列車は無く、線内を走る優等列車は「らくラクはりま」を除きすべて山陰方面や四国へ直通する列車である。以下の列車が運転されている。
下記に示す区間は山陽本線を走行する区間である（起点の神戸駅を通過する列車を含む）。全運行区間など各列車の詳細については当該列車の記事を参照。過去の列車は「山陽本線優等列車沿革」を参照。
昼行列車 らくラクはりま（289系電車、神戸駅 - 網干駅間） はまかぜ（キハ189系気動車、神戸駅 - 姫路駅間） スーパーはくと（智頭急行HOT7000系気動車、神戸駅 - 上郡駅間） スーパーいなば（キハ187系気動車、上郡駅 - 岡山駅間） やくも（273系電車、岡山駅 - 倉敷駅間） 夜行列車 サンライズ瀬戸（285系電車、神戸駅 - 岡山駅間） サンライズ出雲（285系電車、神戸駅 - 倉敷駅間）
地域輸送