В 1918 году Юго-Восточная, Екатерининская и Владикавказская железные дороги были национализированы и переданы НКПС. Во время гражданской войны и Вешенского восстания казаков 1919 года, на территории Области Войска Донского шли ожесточенные бои, вследствие этого хозяйство железных дорог области подверглось значительному разрушению. На некоторых участках дороги было разрушено до 90% всего оборудования и путей.
    Разрушения периода гражданской войны были устранены к 1926 году. Восстановление и реконструкция второй половины 20-х годов позволили достичь по грузоперевозкам довоенный уровень. В 1922 году участки Юго-Восточной и Владикавказской железных дорог вошли в состав Северо-Кавказских железных дорог, однако в 1935 году Северо-Кавказские дороги разделились на Северо-Кавказскую ж.д. с управлением в г. Орджоникидзе (Владикавказ) и Азово -Черноморскую ж.д. с управлением в Ростове на Дону. Одно время Азово -Черноморская дорога носила имя Ворошилова. В 30-е годы дороги области превратились в мощнейшие магистрали страны. Основными грузами были уголь Донбасса и хлеб Дона и Кубани.
    На дорогах области эксплуатировались отремонтированные уцелевшие паровозы серий О и Э различных индексов. В пассажирском движении немногочисленные паровозы серий Лп, Нв и Вк. Из-за их нехватки, для пассажирской службы широко использовались грузовые паровозы.
    В начале 30-х годов в голой степи около Новочеркасска было начато строительство нового паровозостроительного завода. 1 мая 1936 г. страна получила первые паровозы. Завод с 1936 по 1938 годы строил маневровые паровозы серии 9П, а затем узкоколейные паровозы.
    Железнодорожники дорог принимали участие в кривоносовском движении. Машинист депо Лиски А.В. Сафронов стал инициатором вождения тяжеловесных поездов. Ему одному из первых на Юго-Восточной дороге был вручен орден Ленина. К 1940 году объемы перевозок на дорогах области были значительно выше чем в 1913 году. Поступали новые мощные паровозы серий СО и ФД. Пассажирские перевозки обслуживали, в основном, паровозы серии Су, а с 1938 года на участке Мичуринск-Ростов главный появились паровозы серии ИС.

    С первых дней войны железные дороги на территории Ростовской области работали в напряженном режиме. Осенью 1941 года ожесточенные бои с применением бронепоездов шли на участке Марцево - Морская близ Таганрога. На здании вокзала ст. Таганрог I, в наши дни можно увидеть памятную доску следующего содержания: "14 - 17 октября 1941 года на участке Марцево - блокпост №694, обороняя Таганрог, приняли последний бой  бойцы бронепоездов № 14, 45 и 59".
    К концу лета 1942 года почти вся территория области, была оккупирована. При отступлении большая часть паровозов серий ФД и ИС была эвакуирована; станции, сооружения и путевое хозяйство приводились в нерабочее состояние. Железнодорожники на территориях Воронежской  и Сталинградской областей день и ночь работали под артиллерийскими и авиационными обстрелами. Особенно напряженным временем стали периоды подготовки и проведения Сталинградской и Курской битв.
    В ходе Сталинградской битвы 1942—1943гг. и последующего наступления советских войск на Дону происходили ожесточенные бои. В ходе Ростовской наступательной операции (1 января — 18 февраля 1943 г.) войсками Южного и Закавказского фронтов были освобождены Сальск (21 января), Батайск и Азов (7 февраля), Шахты, Новочеркасск и Ростов-на-Дону (12, 13, 14 февраля). К 18 февраля 1943 г. была освобождена значительная часть Ростовской области. Особенно пострадали участки Лихая -Миллерово, Лихая -Сталинград и Сталинград-Сальск.
    Восстановление линий, станций и депо велось по мере освобождения территории от оккупации. Успехи в ликвидации последствий разрушений, нанесённых оккупантами хозяйству района и самой дороги, привели к восстановлению былого значения Юго-Восточной, Сталинградской и Северо - Кавказской дорог.

   После освобождения Новочеркасска началось восстановление паровозостроительного завода, была проведена его реконструкция и уже в 1947 г., Новочеркасский Электровозостроительный Завод им. С.М. Буденного (НЭВЗ), дал стране первые электровозы серий ВЛ22 и ВЛ22м. В 1958 году на предприятии был создан опытный образец первого серийного магистрального электровоза переменного тока ВЛ60, что предопределило будущую основную специализацию завода.
    В конце 40-х годов Юго-Восточная ж.д. явилась инициатором движения пятисотников (депо Россошь). В последующие годы на Юго-Восточной дороге появился ряд инициатив: перевод паровозов ФД на жидкое топливо, вождение тяжеловесных составов.
В 1948 году строительство Волго-Донского канала и Цимлянского гидроузла потребовало строительства железной дороги. Эта дорога, от ст. Куберле до ст. Цимлянская и далее, до ст. Морозовская, была построена за 2 года.
    В августе 1956 года на Юго-Восточной дороге  появился первый тепловоз серии ТЭ-3, а
    в 1960 году начался переход наиболее загруженных дорог области на электрическую тягу. Первые поезда на электрической тяге, на участке Иловайск-Успенская-Ростов Главный, пошли в 1960-1961 гг. Этот участок был одним из первых участков в СССР, электрофицированных по системе переменного тока 25 кВ. В 1962 году была начата электрофикация на переменном токе Воронежского направления. с 1962 по 1965 год были полностью завершены работы по электрофикации участка Ростов Главный-Георгиу-Деж (ныне Лиски). На прилегающих к Ростову-на-Дону участках пошли пригородные электропоезда. В 1966 г. впервые из Ростова в Москву отправился фирменный скорый поезд "Тихий Дон".
    В 1971 году началось внедрение вычислительной техники в управлении перевозочным процессом. В 70-80-е годы продолжалось совершенствование технической базы Северо-кавказской и Юго-восточной дорог. Пришли мощные локомотивы и вагоны разных назначений, расширялись станции, реконструировались депо. В 1970-е, 1980-е годы на дороге ведется активное строительство, в частности сооружаются линии: Зверево - Краснодонская (1971), Песчанокопская - Красная Гвардия (1989). В 1983 году был построен западный обход ст. Ростов Главный, значительно разгрузивший ростовский узел.
    В депо Батайск была создана база для проведения опытной эксплуатации экспериментальных электровозов переменного тока, с рекуперацией ВЛ62, ВЛ80р, с асинхронными и вентильными двигателями-ВЛ80а, ВЛ86ф, ВЛ80в, с мономоторным приводом - ВЛ83, с опорно-рамным подвешиванием тяговых двигателей - ВЛ81, опытные электровозы для БАМа - ВЛ84 и ВЛ85. Опытный электровозы ВЛ62 и ВЛ81 в 2001 году еще находились в эксплуатации.
    В постоянной эксплуатации использовались электровозы ВЛ80 и ВЛ60 различных индексов; пассажирские электровозы ЧС4 и ЧС4т; тепловозы ТЭ3, 2ТЭ10, 2ТЭ116, ТЭП60, ТЭМ2, ЧМЭ3.
    В конце 80-х годов произведена передача Лиховского отделения Юго-Восточной ж.д. в ведение Северо-Кавказской граница между дорогами была перенесена со ст. Зверево на ст.Чертково.

    Тяжелым периодом для Северо-Кавказской дороги как и для области стали "реформы" 90-х годов прошлого века. Резкое сокращение объемов грузовых перевозок, а следовательно уменьшение финансирования, отсутствие поступления новой техники пагубно сказались на хозяйстве дороги. В связи с установлением государственной границы между Россией и Украиной пришлось оборудовать таможенные переходы, перенести границу между Донецкой и Северо-Кавказской дорогами, увеличить время стоянки пассажирских поездов на приграничных станциях для досмотра пассажиров. Большое количество поездов, следующих с юга на север и обратно, была переведена с Иловайского направления на Воронежское. Участок Ростов - Чертково стал работать на пределе своих возможностей. Но даже в это время, дорога развивалась, в 1992 году был сдан в эксплуатацию обход ст. Батайск, что позволило  резко повысить пропускную способность Батайского узла. Также была продолжена реконструкция пассажирского комплекса ст. Ростов-Главный.
    Острая социальная ситуация, связанная с многомесячной невыплатой зарплаты летом 1998 года сложилась в шахтерских районах. Отчаявшиеся шахтеры решились на крайний шаг. Они перекрыли движение по железной дороге около города Шахты. Движение на единственной крупной электрофицированной магистрали, связывающей Юг России с центральными и северными районами было парализовано.
    Вот что писала об этом газета "Вечерний Волгодонск": - "Впервые за свою историю фирменный поезд "Тихий Дон" пришел на второй путь. Так "унижен" он был на станции Волгодонская, которую никогда доселе не видели из его окон пассажиры. Но виной тому не периферийная сальская "железка" и не наш забытый до этого дня богом и высоким железнодорожным правительством городок. Не в меру разбушевавшиеся голодные шахтеры, не получающие зарплату, просто перекрыли несколько железнодорожных магистралей по всей матушке-России. В том числе - и у ворот Кавказа, возле Ростова. Весь Юг стал отрезан от Севера. Как быть?
    И тут вдруг в МПС вспомнили, что еще не разобрали шпалы между станциями Цимлянская и Морозовская. Так и ринулись десятки пассажирских составов по этой тонкой ниточке"...
В конце 90-х годов был закрыт для движения участок Куберле - Цимлянская. В 1997 году была разобрана. построенная в 1989 году дорога Песчанокопская-Красная Гвардия.

    В последнее время экономическая ситуация в стране несколько стабилизировалась. Начиная с 1999 года на Северо-Кавказской дороге растут объемы пассажирских и грузовых перевозок. Увеличилось количество фирменных поездов. Близится к завершению реконструкция пассажирского комплекса и привокзальной площади ст. Ростов Главный.
    В 1999 году на фирменном поезде "Тихий Дон" впервые на Юге России пассажирам была предоставлена возможность пользования услугами сотовой связи в течение всего пути следования. В последние годы началось оживление производства на НЭВЗе. Начата постройка новых типов электровозов серий ЭП1 и ВЛ65. Построены опытные образцы электроподвижного состава: электропоезд ЭН3, электровоз двойного питания ЭП10 и др. Развивается пригородное движение, обеспечиваемое ГУП "Донжелтранс". На сегодняшний день электричкой из Ростова можно доехать до Новочеркасска, Зверево, Лихой, Таганрога, Успенской, Усть-Донецкой, Зернограда, Староминской, Азова, Тихорецкой. В 2000 году на дороге появился электропоезд повышенной комфортности ЭД9М, следующий ежедневно по маршруту Ростов-Чертково.
    В настоящее время идет реконструкция привокзальной площади возле Главного вокзала в Ростове. В недалеком будущем привокзальная площадь в Ростове должна превратиться в уникальный комплекс транспортного обслуживания, который свяжет Главный и Пригородный вокзалы Ростова и автовокзал.
    В перспективе - организация скоростного движения на участке Ростов - Чертково и далее. Предполагается, что максимальная скорость на направлении Ростов- Москва составит 160 км/ч., а время пути при этом. от Ростова до Москвы составит чуть более 12 часов.
    В 2000 году было принято решение об электрофикации направления Саратов-Петров Вал-Иловля-Волгоград-Котельниково-Сальск-Тихорецкая по системе переменного тока 2х25кВ.
    В декабре 2002 года с окончанием работ на Волгоградском узле электрификация этого направления была успешно завершена. Грузовое движение на этом участке обслуживают электровозы депо Сальск.