気象庁によると3月16日の23時36分頃、牡鹿半島の南南東60km付近の福島県沖を震源とするマグニチュード7.3（速報値）、深さ60kmの地震が発生した。最大深度は6強。この影響で東日本各地の鉄道路線も運転を見合わせ、東北新幹線では列車が脱線した。
国土交通省が3月17日7時時点の情報として発表したところなどによると、脱線したのは東京発・仙台行きの「やまびこ223号」（H5系＋E6系の17両編成、乗客75人）。福島～白石蔵王間を走行中、地震の影響で脱線した。この脱線によるけが人はいないという。
JR東日本が3月17日に発表したところによると、東北新幹線では脱線のほか電柱や高架橋などの土木構造物、駅設備が損傷するなどの被害が発生。レールのゆがみも生じている。在来線でも一部で損傷が発見されているという。
この影響で東北新幹線・那須塩原～盛岡間で運転を見合わせており、全線運転再開までには相当な期間を要する見込み。山形新幹線と秋田新幹線も運転を見合わせている。JR東日本は一部区間の運転再開を含め、早期復旧に努めるとしている。
JR東日本によると、3月17日11時25分時点で次の線区が運転を見合わせている。これ以外の線区でも一部列車の運休や遅れが発生している場合がある。
東北新幹線・那須塩原～盛岡
山形新幹線
秋田新幹線
常磐線・いわき～仙台
水郡線・磐城石川～郡山
奥羽本線（山形線）
仙山線
仙石線
仙石東北ライン
東北本線・黒磯～松島～一ノ関～北上
磐越西線・郡山～野沢
左沢線
石巻線
大船渡線
釜石線
北上線
気仙沼線
只見線（代行バス含む）・会津若松～会津川口～只見
花輪線・好摩～鹿角花輪
磐越東線
山田線・盛岡～川内
米坂線
陸羽西線
陸羽東線
上越線・越後中里～水上
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