2010年2月14日，为配合东延伸段建成试运营以及新老张江高科站的线路割接，张江高科站至龙阳路站暂停运营10天。2月22日，地铁列车在上海地铁2号线东延伸段（张江高科站【地下站，新建】至广兰路站）上进行运营演练。2月24日，上海地铁2号线东延伸段一期（张江高科站【地下站，新建】至广兰路站）建成试运营，新张江高科站及龙阳路经新张江高科站至广兰路段启用，原张江高科高架车站及区间停用。3月16日，上海地铁2号线西延伸段（国家会展中心站【原徐泾东站】至淞虹路站【不含】）开通运营，其中虹桥火车站站为过站不停靠。4月8日，上海地铁2号线东延伸段二期（广兰路站【不含】至浦东1号2号航站楼站【原浦东国际机场站】）开通运营，采用非高峰时段（09:00至16:00）运营模式。7月1日，上海地铁2号线西延伸段虹桥火车站站开通运营。7月10日，上海地铁2号线东延伸覆盖早晚高峰（需要在广兰路站下车换乘对面站台的列车）。

2011年9月1日，上海地铁2号线东西延段实行同步增能。

2018年12月28日起，上海地铁2号线部分8节编组列车直通浦东1号2号航站楼站【原浦东国际机场站】。

2019年4月19日，上海地铁2号线全运营时段开行8节编组列车直通浦东1号2号航站楼站【原浦东国际机场站】；10月23日，上海地铁2号线启用新列车运行图，东延伸段原有部分4节编组列车全部下线，该区段全运营时段运行8节编组列车。

2020年1月23日至2月2日，上海地铁2号线国家会展中心站【原徐泾东站】至淞虹路站（不含）区段进行双向隧道临时停运整修施工。9月27日起，上海地铁2号线启用新图，在工作日早高峰时段增投8列车，工作日早高峰时段增能提效。

2021年5月3日起，为配合线路CBTC信号系统改造升级，同时也为后续列车自动驾驶以及列车增能提速做好硬件准备，上海地铁2号线进行站台门换装工程，将原有的不具备信号联动功能的电动栏杆改造成具备信号联动功能的安全门。

2022年7月，蟠祥路站首幅地下墙开始成槽施工。

2023年1月5日，蟠祥路站D区基坑8块底板全部浇筑完成。1月22日至1月27日，上海地铁2号线徐泾东站至淞虹路站（不含）区段临时停运施工。4月1日，上海地铁2号线北翟路基地完成首次道岔更换施工，北翟路基地开始大修改造封锁施工。6月6日，上海地铁2号线西延伸工程蟠祥路站至徐泾东站区间下行线首台盾构始发。6月10日起，凌空路站启用1、2号出入口。7月11日，徐泾东站至蟠祥路站盾构区间进入双线施工阶段。10月，上海地铁2号线西延伸工程蟠祥路站至徐泾东工作井盾构区间上行线推进完成43%，下行线推进完成79%。11月30日，上海地铁2号线西延伸蟠祥路站至徐泾东站隧道区间双线顺利贯通。

2024年1月，娄山关路站换乘通道建设及征收协议签署。1月27日，为提升线路整体运能，上海地铁2号线进行CBTC信号系统第一阶段ATO（列车自动运行）割接，新系统的阶段性投用进一步提升了2号线的运行质量，行车最短运营间隔可由原来的2分半缩减至2分钟，高峰时期中心城区甚至可缩减至100秒。3月15日，静安寺站2号线换乘通道连通口开通，开启时间与车站运营时间同步。提升系统可用性及稳定性：近日2号线CBTC工程LTE-M无线集群通信顺利完成割接。5月，上海轨道交通2号线西延伸轨道工程预制板道床铺设通过首件验收。9月21日，上海地铁2号线徐泾东站更名为国家会展中心站，东昌路站更名为浦东南路站，浦东国际机场站更名为浦东1号2号航站楼站。

据2024年9月上海地铁官网数据查询，上海地铁2号线各站点的车站信息如下表所示：

上海地铁2号线起于青浦区国家会展中心（原徐泾东站），经长宁区、静安区、黄浦区，穿越黄浦江，到达浦东新区张江高科技园区，续经唐镇、川沙镇等地，最后到达上海浦东国际机场。

据2024年9月上海地铁官网数据查询，上海地铁2号线各站点的首末班车时间如下表所示：

据2024年9月上海地铁官网数据查询，上海地铁2号线列车运行间隔如下表：

自2023年10月15日起至另有通知时止，每逢周日，上海地铁2号线将在常态定点加班车的基础上再增开两列定点加班车，2号线虹桥火车站站最晚延时至次日0点。

注：遇重要节假日为配合交通管制，2023年9月28日20:00起至运营结束，9月29日至10月6日每日16:00起至运营结束，地铁2、10号线南京东路站将计划实施封站跳停 。

2018年3月16日，上海地铁2号线单日客流量达182万人次。

2023年12月29日，上海地铁试行非高峰时段运快递，2号线为试点线路，静安寺站至世纪公园站合作项目的试行。

上海地铁2号线轨距1435毫米（标准轨），具体的引车组构造如下所示：

上海地铁2号线大部分出入口存有拐弯，防止冷气大量外流和能源浪费。

该线在靠近站台的地面瓷砖为醒目的黑色，而非全部设计为同一色，防止了乘客因不注意而意外坠台。

该线由于以车站为通道进行换气，故曾未安装站台屏蔽门；截至2019年3月，所有站台已安装半高屏蔽门。

上海地铁2号线拥有三个车辆段，分别是龙阳路车辆段、川沙停车场和北翟路车辆段。

龙阳路车辆段：位于上海罗山路龙阳路东南，龙阳路站、张江高科站和花木路站之间，上海地铁2号线和上海地铁7号线列车的停放和养护。

川沙停车场：位于川沙东横港和沙脚河之间，远东大道站以东，占地约12.6公顷，用于上海地铁2号线列车的停放和养护。

北翟路车辆段：位于泾力西路附近，是上海地铁2号线和上海地铁13号线共用的车辆段。

上海地铁2号线东延伸建设中遇地下管线众多，施工空间狭小，一方面要确保质量、进度，另一方面必须巧妙避开“障碍”，还涉及地铁触网、供电、通信信号等多个设备系统的配套改造，且不能影响既有段正常运营，作业难度高、压力大，建设方利用“地下暗埋箱涵顶拉结合施工技术”“驳接移梁”等技术施工手段，如期交付试运营。

为配合第十二届“书香中国——上海市书展”的举行，打造了“书香2号线”。除了列车之外，上海地铁2号线陆家嘴站、世纪大道站、东昌路站、龙阳路站、金科路站等5座车站的10处灯箱广告位也展示了同一主题的公益广告，在地铁移动电视和人民广场站、徐家汇站、科技馆站、新天地站的LED大屏中也滚动播放着上海书展的相关信息。

上海地铁2号线东延伸段设计建设中引入环保理念，车站均采用智能照明系统，为上海地铁首次。利用感光探头调节出入口照明，分时段控制开启车站公共区域照明及数量，减少浪费；同时，在川沙停车场的屋顶首次设置太阳能装置，使用清洁能源达到节能环保的目的。

上海地铁2号线还曾举办多次“书香2号线”公益阅读文化活动，相继推出“你捐图书我送学习”、“上车借下车还”两个公益阅读项目和“书香2号线地铁阅读指数”，获得社会广泛好评，获得捐赠图书近十万册，借书归还率超过70%。此外，还有“红色足迹—中国共产党党章历程展”等专题展览活动。

上海地铁2号线的线路标识色为浅绿色，同时采用由字母S和字母M变形组合成的上海地铁标志圆形的标徽，也采用了上海地铁吉祥物来自未来的小机器人畅畅。

根据上海市交通委所公示的上海地铁2号线西延伸规划，上海地铁2号线西延伸工程自轨道交通2号线国家会展中心站（原徐泾东站）引出，总长约1.7公里，为地下线路，线路起于轨道交通2号线国家会展中心站（原徐泾东站），沿徐民东路、徐民路走行至蟠祥路站，全线新增蟠祥路站1座车站。

上海地铁2号线国家会展中心站（原徐泾东站）使青浦区首次有了地铁，上海地铁2号线并进一步强化市区客运走廊交通功能，为市区和虹桥机场间提供一条便捷通道。（《东方早报》、新华社评）