技術的にできないことはないと思いますが、現状では２回のスイッチバックが必要になる構造です。http://deadsection.image.coocan.jp/dead_sec/musashisakai/musashisakai.htm

それでやったとしても中央線の朝ラッシュの妨げになると思いますし、武蔵境の行き止まりを突き抜けて三鷹方面に抜ける渡り線を新設しても、三鷹始発の総武線と同じ10両編成でないと使い勝手が悪いかと思いますし、そもそもそれらをクリアし建設費の返済目処が立つだけの需要が見込めるか疑問に思います。

というのも多摩川線が単線であること、武蔵境からバス路線(小田急バスや京王バス等)がカバーされていることや白糸台（旧北多摩駅）へは京王線でのアクセスの方が便利かと思います。とはいえ西武沿線に住んでいたこともあり、いつか陽の目を浴びたり、新宿線や国分寺線と合流・直通したらいいのにとは遥か昔から思います。

西武多摩川線の電車は4両ですので、10両で走る中央線・総武線各駅停車に乗り入れるには輸送力が不足してしまいますね。

武蔵境～三鷹間は線路沿いに商業施設や住宅が隣接しているので、現実的には難しいでしょう。

多摩川線は単線ですので、中央総武線各停とつなげると
ダイヤを組むのが難しくなりそうです。案はとても面白いと思います！

多摩川線は小田急、京王と同様に多摩ニュータウン方面への延伸構想があったようです
実現していればJR乗り入れによる都心直通もあったのかもしれませんが…
私も数年前に乗車しましたが、「都会のローカル線」といった感じの路線でしたね

ふと思ったんですが、西武多摩川線と流鉄流山線ってなんか似てますよね。