大河原駅のダイヤは、通勤・通学需要の高い朝夕の時間帯と、穏やかな日中とで運行本数がメリハリよく組まれています。宮城県内の主要ハブである大河原駅から仙台方面への時刻表を見ると、朝の通勤ラッシュ時（6時台〜8時台）には1時間に3〜4本の列車が運行され、約35分〜40分で仙台駅へ直通します。
日中（10時〜15時台）の東北本線は、仙台方面・白石福島方面ともに概ね1時間に2本程度（約30分間隔）の間隔で運行しています。仙台方面への上り列車は朝の7時台前半が最も混み合い、大河原駅を出る段階で座席が埋まっているケースが目立ちます。
下り方面（白石・福島方面）に関しては、日中は比較的座席に余裕があるものの、夕方の帰宅時間帯には部活帰りの高校生や沿線企業に勤めるビジネスパーソンで一時的に混雑します。乗り遅れると次の便まで20〜30分待つことになるため、事前に大河原駅の時刻表を確認し、発車5分前にはホームへ入っておくのが理想的です。
