Dịch vụ trên Tuyến Ōme sử dụng tàu điện dòng E233. Các tàu từ Tachikawa tới Ōme thường là tàu 10 toa (đôi khi là tàu 4 toa nối với tàu 6 toa). Ở Ōme, các tàu được tách ra, tàu 4 toa sẽ đi thẳng tiếp tới Oku-Tama, và tàu 6 toa quay trở lại Tachikawa.

Tuyến Ōme đôi khi chạy tiếp nối với Tuyến Chūō (Tốc hành), Tuyến Itsukaichi, và Tuyến Hachikō. Các tàu tăng cường vào các mùa du lịch cao điểm có thể chạy tiếp nối với Tuyến Nambu. Các tàu chỉ phục vụ Tuyến Ōme sẽ có gắn nhãn "Tuyến Ōme-Itsukaichi" ở mặt trước của tàu.

Các chuyến Holiday Rapid Okutama và Holiday Rapid Akigawa phục vụ vào dịp cuối tuần từ Shinjuku (và đôi khi từ ga Chiba; một vài chuyến hướng về Shinjuku được kéo dài sâu vào Tokyo). Chúng chạy trùng đường với nhau cho tới ga Haijima. Tàu Okutama dừng ở Tachikawa, Nishi-Tachikawa, Haijima, Fussa, Ōme, Mitake, và Okutama; tàu Akigawa tách khỏi Tuyến Ōme ở ga Haijima và phục vụ Tuyến Itsukaichi đi Musashi-Itsukaichi, dừng ở tất cả các ga trên đường cho tới ga cuối.