=== 貨運列車 ===

在2014年之前，山口線全線均有貨運列車運行，但並沒有從山口線的車站發車的貨運列車。自[[美禰線]][[美禰車站]]發車，途徑山口線至[[山陰本線]][[岡見車站]]的[[専用貨運列車]]每日往返運行一班。牽引部份是[[日本國鐵DD51型柴油機車|DD51型]][[柴油機車]]，[[貨車]]部份是[[JR貨物Taki1100型貨車|Taki1100型]]。

2018年7月發生[[2018年7月西日本豪雨|西日本豪雨]]後，[[山陽本線]]在廣島縣多處路段嚴重受損，造成關西至九州的貨物列車無法行駛，JR貨物與JR西日本協議開行經[[伯備線]]、山陰本線及山口線繞道行駛的貨物列車班次，經國土交通省許可<ref>{{Cite web |url=https://response.jp/article/2018/08/25/313303.html |title=山陽本線貨物列車の迂回運行は8月28日から…名古屋-福岡間で1往復　平成30年7月豪雨 |accessdate=2018-09-04 |archive-date=2018-08-25 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180825212620/https://response.jp/article/2018/08/25/313303.html |dead-url=no }}</ref>，於同年8月28日起至9月29日為止開行<ref>{{cite web|url=https://www.jrfreight.co.jp/storage/upload/ea4b0828c9d0b49fd8c0ad1bc411dc37.pdf|title=山陽線運転再開後の貨物列車運転計画等について|publisher=JR貨物|date=2018-09-25|accessdate=2018-10-01|language=ja|archive-date=2018-09-25|archive-url=https://web.archive.org/web/20180925083858/https://www.jrfreight.co.jp/storage/upload/ea4b0828c9d0b49fd8c0ad1bc411dc37.pdf|dead-url=no}}</ref>，使得山口線再度有貨物列車行駛<ref>{{Cite web |url=https://www3.nhk.or.jp/lnews/yamaguchi/20180829/4060001007.html |title=豪雨影響で山陰う回し貨物運行 |access-date=2018-09-04 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180904084800/https://www3.nhk.or.jp/lnews/yamaguchi/20180829/4060001007.html |archive-date=2018-09-04 |dead-url=yes }}</ref>。

=== 旅客列車 ===

除了「SL山口號」之外，所有列車都是[[柴聯車]]，普通列車由[[日本國鐵Kiha40系柴油動車組 (二代)|Kiha40系]]（新山口車站至宮野車站最大5輛編成，至益田車站最大3輛編成）運行。特急「超級隱岐」由[[JR西日本Kiha187系柴油動車組|Kiha187系]]（2 - 4輛編成）運行。