千代田線を語る上で外せないのが、東西両端からの広域相互直通運転です。西側では代々木上原駅から小田急線直通運転（小田原線・多摩線・江ノ島線方面）を行い、東側では綾瀬駅からJR常磐線直通（各駅停車：取手・我孫子・柏方面）へとシームレスに直結しています。
この3社直通ネットワークの存在により、茨城県南部や千葉県東葛地域から大手町・霞ケ関への通勤客、さらに神奈川方面から表参道や赤坂方面へのアクセスが乗り換えなしで完結します。平日朝夕のラッシュ時には、常磐線方面から小田急線本厚木や伊勢原まで直通する長距離列車も運行され、首都圏の大動脈として機能しています。
さらに注目すべきは、地下鉄線内を走る有料座席指定特急、いわゆる千代田線ロマンスカー（メトロはこね・メトロえのしま・メトロモーニングウェイ・メトロホームウェイ）です。小田急の青いロマンスカー「MSE（60000形）」が北千住・大手町・霞ケ関・表参道と箱根湯本や片瀬江ノ島を直結しており、観光のみならず快適な着席通勤手段としても絶大な支持を集めています。
