新幹線
日本国有鉄道（国鉄）時代の1964年（昭和39年）10月1日に開業した東海道新幹線が初の路線である。東海道新幹線のほか山陽新幹線と東北新幹線は国鉄が建設主体であったが、上越新幹線は日本鉄道建設公団が建設を担当した。国鉄分割民営化後の東北・上越新幹線東京延伸の際は、当時新幹線の地上設備を一括して所有していた新幹線鉄道保有機構が、その建設主体であった。さらにその後に建設された北陸新幹線や九州新幹線などのいわゆる整備新幹線については、日本鉄道建設公団および新幹線鉄道保有機構の権利を継承した鉄道建設・運輸施設整備支援機構が建設主体となっている。一方で、整備新幹線には該当しない中央新幹線については東海旅客鉄道（JR東海）が建設主体に指名された。
東北新幹線
しかし1982年に大宮駅 - 盛岡駅間で暫定開業した東北新幹線は、大宮駅以南の建設に時間がかかり、東海道新幹線と接続する東京駅への乗り入れは1991年までずれ込んだ。その間の1987年には国鉄分割民営化により、東北新幹線はJR東日本、東海道新幹線は東海旅客鉄道（JR東海）の管轄に分かれ、乗り入れに関する意思を統一することが困難となり、直通運転の構想は立ち消えとなった。ほかにも採算性（需要）の問題や電源周波数の相違やダイヤ編成の困難さ、東北新幹線内で遅延が発生した際の東海道新幹線への影響（その逆の場合も然り）など、直通運転の実現へ向けて生じる課題は多く、山積する課題をクリアしてまで実現させる程のメリットは無い。との見方が示されている。