新大阪 - 博多間最速列車の所要時間の推移を示す。
1975年3月10日 - 3時間44分「ひかり」0系
山陽新幹線が全線開業した。最高速度は210km/h。最速列車（Wひかり）の停車駅は岡山・広島・小倉であった。
1980年10月1日 - 3時間28分「ひかり」0系
まだ地盤が固まっていなかった為に三原 - 博多で行われていた減速運転が解除されてスピードアップした。
1985年3月14日 - 3時間16分「ひかり」0系
余裕時間を見直し、スピードアップした。
1986年11月1日 - 2時間59分「ひかり」0系
最高速度を210km/hから220km/hに引き上げた。
1989年3月11日 - 2時間49分「ひかり」100系V編成（100N系）
100系「グランドひかり」が運転開始され、最高速度は230km/hとなった。
1993年3月18日 - 2時間32分「のぞみ」300系
300系「のぞみ」が山陽新幹線でも運転開始した。最高速度は270km/h。
1997年3月22日 - 2時間17分「のぞみ」500系
500系「のぞみ」が運転開始した。最高速度は当時世界最速の300km/h。なお、1999年3月13日に運転を開始した700系「のぞみ」は2時間25分（現在は2時間28分 最高速度285km/h）、2000年3月11日から運転を開始した700系7000番台「ひかりレールスター」は2時間45分（現在の速達タイプは2時間35分 最高速度285km/h）であった。
2003年10月1日 - 2時間21分「のぞみ」500系
500系「のぞみ」を含めた全列車が新神戸駅に停車することになり4分延びた。
2006年3月18日 - 2時間23分「のぞみ」500系（2007年7月1日からはN700系も）
JR福知山線脱線事故の影響を受け山陽新幹線でも「ゆとりダイヤ」を実施、2分延びた。2007年7月1日からはN700系が運転を開始し、500系と同じ最高速度300km/h、2時間23分で走っている。
山陽新幹線は東海道新幹線と共に、都市間輸送の面で多くの区間で航空機（航空会社）との競合にさらされている。
東海道新幹線の沿線都市間における競合については東海道新幹線#他の交通機関との競合を参照
この区間では東海道・山陽新幹線と岡山空港発着の航空便が競合している。新幹線は航空機に対し7割を超えるシェアで押していたが、2000年2月に航空法が改正され、航空会社がより自由に運賃を設定できるようになってからは、新幹線が急速にシェアを落としていき2003年には50%を割った。2003年10月に品川駅が開業し、東京 - 岡山の「のぞみ」が1時間あたり2 - 3本（2005年3月からは3本）になってからはややシェアを回復した。
東京都 - 岡山県のJRと航空機のシェア[9]
1999年度 - 74 : 26
2001年度 - 66 : 34
2003年度 - 48 : 52
2005年度 - 52 : 48
この区間でも、岡山県内と同じく東海道・山陽新幹線と広島空港発着の航空便が競合している。新幹線と航空機のシェアは1996年度には53:47でほぼ拮抗していたが、そこからは次第に新幹線が押され始め、2002年度には38:62となった。2003年10月に東海道新幹線の品川駅が開業し、東京 - 広島間の「のぞみ」が1時間あたり2 - 3本へ増発され、そのうち1本が福山駅に止まるようになってからは、徐々に新幹線のシェアが回復している。東京 - 福山では、2006年9月から、福山駅 - 岡山空港間にリムジンバス（ももっちライナー）が運行開始され、羽田 - 岡山便との競争が期待されたものの2008年1月31日をもってももっちライナーは需要が伸びず廃止された。また、近年は「のぞみ早特往復きっぷ」や「エクスプレス予約」などの割引サービスも充実してきた。また、JR西日本広島支社がこの区間の利用者向けに2007年6月と7 - 8月の2回「のぞみDVD無料レンタルキャンペーン」、2008年2月 - 3月は「のぞみ×DSキャンペーン」と称しDVDやゲーム機の無償貸し出しを行っている。岡山と広島とのシェアの差を比べたとき、広島と福岡のシェアの差よりも差が小さいのは広島市から、広島空港までの所要時間が長くかかり、広島空港までのアクセス時間、チェックインなどの時間などを計算していくと大差なく、また、広島空港は、山の上にある事情上、霧などでの気象の制約を受けて、飛行機が欠航になる場合もあることが挙げられる。しかし、広島空港のCATIIIaと呼ばれる高度計器着陸装置が2008年6月5日より運用が開始された。これにより飛行機の就航率が上がれば、新幹線はさらに劣勢を強いられることも考えられる。また都市高速が広島駅まで延伸され、リムジンバスの広島空港?市内間の所要時間が短くなれば（現行45分が38分に短縮）、更に飛行機が有利になるものと考えられる。
東京都 - 広島県のJRと航空機のシェア
1996年度 - 53 : 47
1999年度 - 45 : 55
2002年度 - 38 : 62
2005年度 - 45 : 55
東京 - 山口間に関しても近年のダイヤ改正で新山口駅に停車する「のぞみ」が増発傾向である。そのために山口宇部空港発着の航空機との競合が出てきている。
この区間では、東海道・山陽新幹線と、羽田 - 新北九州・福岡空港などの航空便が競合している。2005年度のJRと航空のシェア（東京都 - 福岡県）は7:93で、航空便に圧倒的にシェアを奪われている。これは新幹線のほうが割高で、且つ、所要時間が長い（近年は徐々に差が縮まりつつある）ことが原因とも言われる。さらに新幹線の方が終列車が早い（18時台）一方で航空便の最終便が遅い（21時台）ことや、福岡空港が市中心部に隣接しており、空港までの移動時間がさほどかからないことも影響している。
航空便ではバーゲン型運賃や「チケットレス割引」などといった、各種の格安運賃が用意されている。さらに、利用距離によってポイント点数が加算されるマイレージサービスの拡充も進められている。
この区間の特徴としてスターフライヤーやスカイマークなどといった新規参入会社が低価格運賃で売り出している。そのために航空会社同士での争いも熾烈化している。
一方、新幹線の割引制度は、JR線全体に共通の、片道営業キロ数601キロ以上の区間の往復乗車券購入割引が、一般の人が通年利用できる唯一のもので、他には回数券や一部フリー切符のような「トクトクきっぷ」、「ジパング倶楽部」（シルバー世代対象）や「エクスプレス予約」など、対象を限定した会員制組織による割引制度が存在する程度である。それでも、「エクスプレス予約」を除いて、のぞみ号の特急料金は割引対象外である。また超繁忙期（ゴールデンウィーク、お盆、年末年始）においてのトクトクきっぷの制限がかかることも影響している。
JR西日本は「のぞみ早特往復きっぷ」の発売や、2006年3月のダイヤ改正で、博多 - 東京の「のぞみ」を毎時2本に増やした。
この区間では、東海道・山陽新幹線と、中部国際空港（セントレア）・県営名古屋空港 - 福岡空港間の航空便が競合している。2004年度のJRと航空のシェアは31:69で、中部国際空港開港後はそれ以前よりも競争が激化している。