民國三十七年（1948年）3月1日臺灣鐵路管理委員會正式改組為「臺灣省政府交通處臺灣鐵路管理局」，首任局長郎鍾騋正式上任，其任內除試圖改革組織與制度外，亦注重森林保育與鐵路的關係，但隔年（1949年）2月28日便被調任臺灣省政府參議，由前隴海鐵路管理局局長莫衡接任臺灣鐵路管理局局長。臺灣鐵路管理局成立之後，除繼續修復改善原有鐵路設施外，也繼續接手日治時期的建設計畫。除了內灣線工程外，也在民國四十二年（1953年）修復二戰時被拆除的部分屏東線鐵軌，以及興築多條小規模工廠與機構的專用側線。在此同時，鐵路局管理外的產業鐵路也持續發展，其中糖業鐵路在二次大戰結束到民國三十七年（1948年）的復舊時期結束後，民國卅九年（1950年）8月因中華民國國軍軍事戰備需求，臺灣糖業公司奉令修築公司內部之前（1947年）已有構想的南北平行預備線，作為縱貫鐵路的預備線，工程主要是將日治時期四大製糖會社的糖鐵連接起來，自隔年（1951年）1月開始動工，西螺大橋完工後，於民國四十二年（1953年）1月28日舉行通車典禮。該年（1953年）稍早的1月11日，台糖另一條興築的玉左線（1952年動工）也宣布通車。此外在民國四十二年（1953年）左右台糖已有41條營業線，營業里程達到675公里。但由於公路運輸再次日漸發達，糖鐵客運在民國四十七年（1958年）後再次衰退。
而臺鐵在民國四十七年（1958年）時開始研究幹線動力現代化，因電氣化經費過高，且臺灣電力公司在此時的電力供應狀況仍屬不足，遂決定進行動力柴電化。隔年（1959年）8月7日發生八七水災，新竹與臺南之間的鐵公路受創嚴重，就鐵路部分便造成5800多萬的損失。民國卅八年（1949年）6月1日時新店線被臺鐵收購，成為臺鐵的支線。民國五十一年（1962年），臺鐵完成臺北到竹南的雙軌自動閉塞系統，並在1960年代前後開始逐步將中央行車控制系統應用到整個縱貫線，提高縱貫線的行車效率。
