トワイライト下り大阪発札幌行きは1,495.7kmを約22時間、上り札幌発大阪行きは1,508.5kmを約22時間50分かけて運行し、JR西日本・JR東日本・JR北海道のJR旅客3社にまたがる日本一の長距離旅客列車。運転日は始発駅基準で、下り列車が月曜日・水曜日・金曜日・土曜日、上り列車は火曜日・木曜日・土曜日・日曜日である。運転日が限定されているため、カシオペアと同様に定期列車ではなく臨時列車として運転されている。そのため列車番号は大阪駅を起点として下り列車が 8001、上り列車が 8002 である。ゴールデンウィークや6月中旬 - 8月中旬・年末年始・さっぽろ雪まつりなどの繁忙期には毎日運転されており、その期間中は保有する3編成すべてが運用されている。
通常期でもイベントや旅行会社主催のツアー用に団体専用列車として運行される場合もあり、大阪駅以南の大阪環状線や阪和線・紀勢本線、大阪駅以西の山陽本線や呉線、他に四国や九州にも入線したことがある。その際には、EF65形などが牽引機として使用される場合もある。
大阪駅と札幌駅の発着時には、「いい日旅立ち」のインストゥルメンタルバージョンが流されている。かつては大阪発で「いい日旅立ち」、札幌発で「三都物語」の、いずれも本人歌唱版が流されていた。