1992年（平成4年）7月の山形新幹線の開通以降も、JR東日本エリアで新幹線での首都圏とのアクセス時間に4時間以上必要とする県庁所在地が多く存在していたため、これらの地域では、高速鉄道都市間輸送網の早期整備が強く望まれていた。
田沢湖線新在直通運転計画では、1994年（平成6年）から工事を開始し、田沢湖線の盛岡-大曲間を標準軌に改軌するとともに、奥羽本線大曲-秋田間は標準軌・狭軌の単線並列とし、神宮寺-峰吉川間に標準軌の複線部分を設けるため、三線軌道とした。

1997年（平成9年）3月に直通運転車両（E3系車両）は秋田新幹線「こまち」としてデビュー。
新幹線区間は200系及びE2系高速走行車両に併結して走行し、盛岡で分割・併合を行う運転形態をとることになる。分割・併合システムは「山形新幹線」で実績のある方式を基本に、いくつかの改善点を加えたシステムとし、安全性・確実性の向上に努めてきた。
以降、E3系はR26編成まで導入され、2013年（平成25年）3月には、新型車両「E6系」がデビュー。
今後、秋田新幹線は2014年春の320㎞/ｈ運転に向け、E3系から順次E6系に置き換え、運転する予定となっている。