全国貨物輸送ネットワークは、鉄道部分のJR貨物とトラック事業者が一体となって展開する一貫輸送サービス。全国で毎日約400本以上のコンテナ列車がダイヤ通りに運行しています。衣浦臨海鉄道もその一員として、半田線と碧南線の自社路線だけでなく、武豊線の起点となる大府駅まで乗り入れ、大府駅構内でJR貨物へ貨車牽引の引き継ぎを行っています。毎日、大府駅を出発して碧南市駅まで１往復、その後大府駅と半田埠頭駅を１往復という運行スケジュールになっています。
面白いポイントは大府駅から碧南市駅までの下りは機関車２台連結して運行する重連で貨物を運び、帰りの上り便は切り離して１台で牽引し2便に分けるという運行方法になっています。
碧南線は主に碧南火力発電所に脱炭素処理のための炭酸カルシウムを運んでいます。帰り荷に碧南火力発電所で排出された石炭灰をセメント原料として積み込みます。鉄道貨物輸送では、下り上りどちらかが空荷になることが多いのですが、衣浦臨海鉄道の場合は空荷のない理想的な双方向輸送となっています。
半田線は沿線の工場の製品を積み込んだコンテナ輸送が主流となっており、瓦やレンガなど大きな工業製品が運ばれています。