半蔵門線を語る上で避けて通れないのが、神奈川・東京・埼玉・栃木を結ぶ広大な相互直通ネットワークです。西端の渋谷駅からは東急田園都市線へ乗り入れ、中央林間駅まで直通運転を実施。東端の押上駅からは東武スカイツリーラインを介して、東武伊勢崎線の久喜駅や日光線の南栗橋駅まで直通列車が駆け抜けます。
日常の利用者が最も混乱しやすいのが「列車種別」の扱いです。国土交通省や各社公式のダイヤ運行基準によると、「半蔵門線内（渋谷〜押上間）は全列車が各駅に停車」します。種別が「急行」「準急」と表示されていても、それは直通先の東急線内または東武線内で通過運転を行うことを意味しており、メトロ線内ではどの列車に乗ってもすべての駅に停車します。
東急線内では、急行は二子玉川・溝の口・鷺沼・たまプラーザ・あざみ野・青葉台・長津田・中央林間などの主要駅に停車します。一方、東武線内では急行・準急が北千住・西新井・草加・新越谷・越谷・せんげん台・春日部・東武動物公園以降の各駅に停車し、郊外から都心への速達輸送を担っています。2026年最新ダイヤにおいても、日中時間帯は1時間あたり中央林間〜押上・久喜・南栗橋を結ぶ直通系統が高頻度でパターンダイヤ化されています。
