西武鉄道の秩父鉄道直通運転は、1989(平成元)年から開始され、当初は三峰口行と野上行で運転されました。この時の車両の表示は「長瀞・野上、三峰口」および「長瀞・野上」となっていました。野上行の行先表示が「長瀞・野上」となっていたのは長瀞方面行であることを分かりやすくするためではないのかと思います。野上行というのも変わっていますが、折り返し設備の関係もあったのではないかと思います。
西武の秩父鉄道直通列車に変化が生じるのは、1992(平成4)年のことで、東武東上線からの秩父鉄道直通列車が廃止され、代わって西武からの列車が寄居まで乗り入れるようになりました。西武の車両は乗り入れ開始以来間合運用で秩父線内の列車に充当されており、列車番号はS1・S2というように付けられていました。西武の車両による秩父線内列車は、秩父鉄道のワンマン運転開始により廃止されており、以降西武の車両は折り返しまで駅に留置となり、寄居では西武4000系が縦に2本並ぶ光景が見られるようになりました。
1992(平成4)年から続いた西武車による寄居直通も、今日実施された秩父鉄道のダイヤ改正により長瀞までの乗り入れに短縮され、西武4000系と東武8000系の並びも見られなくなってしまいました。また、西武からの直通列車のうち、池袋行については秩父線内では「普通 池袋」と表示し、池袋の文字の下に「西武線経由」の文字が入ったものが使われることもありました。池袋行は西武線内は快速急行として運転されていました。以前は平日のみ西武線内急行もありましたが廃止されています。
使用車両は4000系と新101系が使用されていましたが、4000系は全編成が秩父鉄道に乗り入れ可能であるのに対し、新101系は一部編成のみとされ、4+4での運転時に中間に入る先頭車に自動解結装置を取り付け、一部編成の吊り革の色をブラウンに変更した専用編成を充当しました。また、新101系の秩父鉄道乗り入れ対応車には各車に1〜8の号車表示がありました。秩父鉄道直通列車の減少により現在は4000系のみが使用され、新101系の乗り入れ対応車は一部機器を撤去して西武線内用となっていますが、号車表示や自動解結装置などはそのままとなっています。
秩父鉄道に乗り入れる車両は、パンタグラフが折り畳み高さの低いPT4320型を使用していましたが、シングルアームパンタに交換されている編成もあります。