先开通的北段
1968年12月27日，东京的都营地下铁6号线开始营业，首先开放巢鸭至志村的一段，营业里程10.4公里。志村站就是后来改名的高岛平站；当时的列车尚未驶到日比谷或三田。今天所称的三田线，由这一北段出发，经过多次延长才形成后来的路线。
这项工程由东京都交通局组织。规划希望把北部居住地区与市中心联系起来，并为通勤高峰增加运输能力。巢鸭与国铁山手线的联系，使初期开通段能够接入既有铁路网络；而通往都心的地下区间，在北段营业时仍有大量工程要完成。
直通计划留下的技术选择
路线并非一次画定。战后复兴时期的铁路规划多次调整，1964年12月的方案将志村至泉岳寺交给东京都建设，北端和南端另有东武铁道、东京急行电铁承担的衔接区间。东京都、东武和东急此前已于同年1月10日签订有关建设与相互直通运行的备忘录。
这些协商进入了工程规格：轨距采用1067毫米，电力由1500伏直流架空接触网供给，车辆长度按20米考虑。站台以容纳八辆编组为目标，初期列车则为四辆。可供未来直通的设计是一种预留；1969年的工程报告同时记载，东急所担南段的许可已于1967年12月失效，南端走向仍需重新研究。
在道路、河流和住宅区之间施工
线路北部经过板桥的低湿地，部分利用高架桥穿行原荒川河滩一带。施工者打入约25至30米长的桩，再建钢筋混凝土高架结构；跨过主要道路或河流时使用钢桥。志村车辆基地布置在西台站北侧。铁路用地还须与住宅公团负责的土地整理及住宅建设协调，部分地块通过临时使用契约先行施工。
转入地下后，工程面对中山道繁忙的车流、地下管线和既有铁路。为维持地面交通，施工前调整道路、迁移埋设物，并采用占地较窄的出土设施。打桩噪声也直接影响沿线居民，建设方为有需要的人安排临时住宿。这些措施显示，现场组织不只是挖掘隧道，还包括街道使用、施工时间与邻里生活之间的协调。
参考：[1]
四辆编组与不锈钢车厢
初期使用的6000型电车以四辆一组营业。日立製作所1969年的产品报告记载，这批车辆共制造56辆，其中28辆由日立笠户工厂交付。车辆装有受电弓，采用空气弹簧转向架，并配备自动列车停止装置和列车无线设备。
车体外板及部分骨架使用不锈钢，其他薄板使用耐候钢，外部大体无需涂装。报告特别解释防火与维修考虑：内装尽量采用不燃或难燃材料，车底电线集中在封闭管道内，发热设备的布置兼顾通风。车厢全长配置贯流风扇，座椅、行李架与照明构成日常通勤的乘坐环境。
继续向都心推进
巢鸭以南的施工比地图上的延长线复杂。1969年的建设报告讨论了山手线下方的交叉、白山一带软弱地基，以及神田川和日本桥川附近的地下工程。方案按地段采用盾构、特殊开挖或冻结土体等方法，并须与道路立体交叉、共同管沟及其他地铁线路共同设计。
报告曾预计较早完成通往三田的区间，实际营业分期则是1972年6月30日巢鸭至日比谷开通，1973年11月27日日比谷至三田开通。这些区间晚于原报告所预计的时间，先后投入营业。
名称与网络继续变化
北端的志村站于1969年8月1日改名高岛平。1976年5月6日，高岛平至西高岛平开通；1978年7月1日，6号线正式改称三田线。
2000年9月26日，三田至目黑区间开通，并开始与东急目黑线相互直通及单人乘务运营。此时形成的跨线路服务，与开业时期设想经东武和东急其他路线直通的方案已有区别。三田线的运输范围因分段建设逐步扩大，其历史也因此包含了不断协商、改线和接入新网络的过程。