1909年12月に山手線の電車運転が開始され、新橋駅北方に新設された烏森駅から品川、新宿を経由して上野までが結ばれました。同時に池袋〜赤羽間にも電車運転が開始されました。
山手線は、元々は東北線・高崎線の原形である汽車線と品川を結ぶ「品川線」（赤羽〜品川間）が起源で、市街輸送のため田端方面に延伸された路線は「豊島線」という支線でした。
電車運転開始時には、これらを山手線と改め、田端側が本線格に変わっています。また、この時点では、新橋〜品川〜赤羽間の汽車（旧品川線）も併用していました。

山手線は、1910（明治43）年6月に烏森から有楽町に延伸、同年9月に呉服橋仮設停車場（後の東京駅北側）に延伸され、1914（大正3）年12月に東京駅が開業すると、呉服橋が廃止されて東京駅が起点となりました。
この時に東海道線の汽車の起点も新橋から東京に変わりました。その際、旧新橋駅は貨物・荷物線用駅の汐留駅に改称し、旧烏森駅が新橋駅（二代目）になって、汽車・電車の駅が統合されています。

1919（大正8）年3月に、中央線が東京駅まで開通すると、山手線電車が東京から中央線に乗り入れ運転を開始します。中野〜東京〜品川〜上野という長い距離の運転で、新宿を2回通るルートが平仮名の「の」の字に似ていることから、「のの字運転」と呼ばれました。
「のの字運転」は、1923（大正12）年の関東大震災の影響で、同年9月から1924（大正13）年7月まで休止期間があります。
なお、1917（大正6）年には、池袋電車庫が設置されています。

1925（大正14）年11月に、東京〜上野間が開通し、山手線は環状運転を開始、現在の運行形態がこの時に確立されました。中央線に乗り入れる「のの字運転」はこの時に中止となりました。
並行運転する京浜線は、同時に東京〜田端間が延伸され、その後、1928（昭和3）年には赤羽まで、1932（昭和7）年には大宮まで延伸されます。

画像：絵葉書（呉服橋　1910〜14年）

画像：所蔵写真（東京駅　1957.8.13）

鋼製国電が登場すると、京浜線に続いて山手線や中央線にも投入されますが、特に山手線は環状線のため曲線が多いという事情から、戦後になっても17m車が多く配置されていました。
前面の行き先表示板の丸いデザインが山手線の特徴。側面の幕板には路線名が表示されています。
なお、終戦後の一時期、京浜線との区別のため濃緑色に塗られたことがあります。
（写真はモハ11205）

画像：絵葉書（有楽町−東京　1961頃）

1961年からカナリア色の101系が配置されます。もっとも、間もなくウグイス色の103系が投入されたため、101系はその色とセットで総武線に移動してしまいます。
なお、方向幕のローマ字は「YAMATE」となっていますが、終戦後から1971年までの呼び方は「やまてせん」でした。

撮影：新宿駅（1979.5.13）

駅間距離の短い国電区間に適した経済性を持つ103系は、1963年に試作車が誕生し、1964年から量産車が山手線に配置されました。この時にウグイス色が採用され、その後の山手線のラインカラーとして定着します。
また、これ以降、山手線の新車投入順位は上昇し、新形式車が最初に山手線に投入されるケースが増えて行きます。

撮影：十条駅（1984.3.22）

支線である赤羽線は、カナリア色の101系がそのまま残ったため、ラインカラーはカナリア色でした。103系に置き換わってからもカナリア色を貫きましたが、山手線の車両との混用で、ウグイス色との混色です。
1985年に開業した埼京線の一部となり、短区間を往復していた赤羽線は過去のものとなりました。