JR神戸線20時以降のダイヤは夕方ラッシュ時ダイヤの延長で運転されている。15分サイクルに新快速、快速が各1本、普通が2本の運転で、運転本数は昼間と同じである。大阪発20時台、21時台が同様のダイヤで、22時台から運転パターンが変わる。新快速は20時台が姫路行き3本、播州赤穂行き1本が運転、21時台は姫路行き3本、上郡行き1本が運転される。播州赤穂行きは昼間などにも運転されているが、上郡行きは夜間のみの運転で、大阪発21時00分が唯一の存在となっている。快速は20時台が網干行き3本、播州赤穂行き1本の運転。21時台が網干行き2本、上郡行き1本、加古川行き1本が運転されている。普通は本線通しが4本、東西線直通が4本運転され、全て西明石まで運転されている。
22時台から20分サイクルになり、新快速と快速は20分毎の運転となる。23時台後半は若干パターンが崩れるが、概ね20分毎の運転となる。新快速は大阪発22時台に網干行き2本、播州赤穂行き1本が運転。大阪発23時台は網干行き1本、姫路行き2本が運転。快速は同22時台が姫路行き2本、上郡行き1本が運転。同23時台は姫路行き2本が運転で、大阪発23時34分の快速姫路行きが最終となる。普通は大阪発22時台から20分サイクルに2本の運転となる。
22時台は本線直通が3本、東西線直通が3本の運転で、本線直通の1本が神戸行きとなる以外は西明石行きとなる。23時台もほぼ同様で本線直通3本、東西線直通3本が運転され、東西線直通の1本が甲子園口行きである以外は西明石行きとなる。
大阪発0時台は新快速と普通のみの運転となる。以前は快速と普通の運転だったが、快速が新快速に置き換えられ、快速の運転は23時台で終了する。新快速は大阪発0時00分が姫路行き最終、大阪発0時25分が西明石行き最終で運転されている。新快速姫路行き最終が西明石以西への最終電車となる。普通は大阪発が0時13分、0時28分の運転で、0時28分発がJR神戸線最終電車となる。いずれも西明石行きで、西明石までは最終の新快速を逃しても普通に乗れば辿り着ける。