迷いますねえ・・・(笑)

その時のダイヤにより、経路を決めそうな気がします。
仰るように、場所的に非常に接近していますし、駅も被ります。(武蔵小杉、渋谷、池袋)
また、新宿にしても、新宿三丁目駅はサザンテラスへ歩いて行けるほどの距離ですし・・・。
誤乗が多発しそうです。

言い換えると、JRと東急が、相鉄に対する要望で競合状態に陥る可能性があると思います。
都心方面への直通列車(しかも通過運転する種別)は、ウチと往き来させてくれ、という要望を、JRと東急が各々相鉄に迫る、ということです。
一見、相鉄高笑いの情況に見えますが、折角乗り入れルートを確保しておきながら、乗り入れ先の機嫌を損なうと、どんな仕打ちをされるとも限りません。ダイヤ作製担当者は改正作業の度に板挟みに陥ることでしょう。
むしろ、これからの相鉄は結構微妙な立場に置かれる可能性があります。

運賃的には相鉄・東急直通線の方が安くなるだろうと思いますので、相鉄・東急直通線にするかと思います。

相鉄・東急直通線の方が距離が短そうですが、相鉄・JR直通線は東海道貨物線を走り、鶴見や新川崎には停車しない（横須賀線の列車とは別の線路を走る）と思いますので、相鉄・JR直通線のほうが早く着きそうなイメージです。なので、相鉄・JR直通線にしてしまうでしょう。

相鉄・東急直通線は新横浜駅での乗り降りが多そうですね。そうすると新横浜駅から座れる可能性もでてきますので、相鉄・東急直通線なのかと思います。

悩んでしまいますね。
どちらかを選ばなければいけないのであれば、相鉄・JR直通線のほうにするかもしれません。貨物線を走るというところが興味深いので。

色々考えてみましたが、
現実には東京方面に出かける場合JRのフリー切符（休日おでかけパス等）を利用しているケースが多いので、
自動的にJR直通を選ぶことになりそうです。

運賃と利便性からしたら相鉄・東急直通線だと思います。
JRは早いけど、地下鉄の利便性が悪いし、遅延が起きたら動けなくなるから。
対して東急は乗り換え路線が豊富で東京都心の勤務には楽だと思いますね。
ただ、目黒線、三田線、南北線、埼玉高速鉄道線は8両では危ないから10両対応した方が個人的には良いかと思います。