JR東日本は6月30日、東京オリンピック開催期間中の臨時列車運行計画を発表した。
7月23日～8月8日の会期中、首都圏の21路線で通常の終電後に臨時列車を運行する深夜輸送を実施。山手線や京浜東北・根岸線では最も遅い2時台まで運行される。
このうち、品川1時29分発が終電となる東海道線は、品川～大船間を横須賀線用の線路を走行するため川崎には停車しない。
また、青梅線は7月24・25・27・28・30・31日、8月3・6日、八高線は7月25・27・28・30・31日、8月2・7日の競技日限定運行となる。
このほか、京葉、川越、総武、成田、鹿島、横浜、武蔵野、東海道、伊東、東北（利府支線）、仙石、仙山の各在来線と東北新幹線では、競技開催時刻に合わせて競技会場最寄り駅まで臨時列車が運行される。一部の競技が先行して開催される7月21・22日にも山手線を含め臨時列車が運行される。
一方、私鉄や公営交通では次のような計画を発表している。
＜東武鉄道＞伊勢崎線（日比谷線直通）上下と東上線下りで深夜に臨時列車各1本を増発。
＜西武鉄道＞池袋線池袋→小手指間、新宿線西武新宿→新所沢間で深夜に臨時列車各1本を増発。
＜京浜急行電鉄＞泉岳寺発0時30分、1時の金沢文庫行き特急を増発。
＜東急電鉄＞東横、目黒、田園都市、大井町各線の下りで終電延長。東横線では7月30・31日、8月2・7日に上りのみ行先を延長。
＜京王電鉄＞味の素スタジアム最寄りの京王線飛田給駅では、開始4時間前～開始頃、終了20分前頃～終了2時間半後頃に『京王ライナー』を除く全列車が停車。新宿発下り1本、橋本発上り1本、京王八王子発上り1本を深夜に増発。
＜東京地下鉄＞沿線に競技会場がある有楽町線で夕夜間に増発。各線でおおむね1時30分頃まで運行。
＜東京都交通局＞地下鉄各線でおおむね1時30分頃まで運行。臨時列車の運行はなし。
＜小田急電鉄＞新宿1時発相模大野行きを増発。
＜相模鉄道＞7月30・31日、8月2・7日に臨時ダイヤを実施。
＜埼玉高速鉄道＞平日は下り1本・上り2本、土休日は上下各1本を深夜に増発。定期列車の行先変更も実施。
＜ゆりかもめ＞終電は新橋発が1時35分、有明発が1時36分。すべての時間帯で運行間隔を短縮し、7時頃から1時頃までは最短3分間隔に。トライアスロン開催日の7月26・27日、マラソンスイミング開催日の8月4・5日は新橋発の初電を30分繰り上げ、臨時列車を運行。
＜東京臨海高速鉄道＞日中の増発と終電延長を実施。ゆりかもめと同様、7月26・27日、8月4・5日は初電繰上げを実施。
＜東京モノレール＞昭和島発上り1本、浜松町発下り3本を深夜に運行。下り浜松町発は1時30分が終電に。
＜横浜高速鉄道＞終電後に横浜2時発の下り臨時列車を増発。
＜江ノ島電鉄＞セーリング競技開催期間中は、夜間の4両編成運行時間を延長。
＜鹿島臨海鉄道＞鹿島サッカースタジアムで7月22・25・27・30・31日、8月2・3・5日に開催される試合に合わせて増発。
＜札幌市交通局＞地下鉄東豊線では札幌ドームで7月21・22・24・25・28日に開催される試合で21時30分～22時30分（7月28日には22時30分～23時30分）に福住発2本を増発。
