Rail, Maritime and Transport Union säger att forskningen visar att 1970-talets tjänster var snabbare än de som annonserades av Great Western Railways för Intercity-tåg.
Den utlovade färdtiden från London till Cardiff är 113 minuter, jämfört med 105 minuter under British Rail 1977.
GWR sa att facket inte jämförde som med liknande.
Man sade också att elektrifieringen av banan skulle öka hastigheten för att matcha några av 1970-talen, och det fanns mer frekventa tjänster nu som också stannade vid fler stationer.
London - Bristol Temple Meads: 90 minuter
London - Cardiff: 113 minuter
London - Swansea: 164 minuter
London - Bristol Temple Meads: 85 minuter
London - Cardiff: 105 minuter
London - Swansea: 163 minuter
Källa: RMT
RMT:s generalsekreterare Mick Cash sade att rapporten visade på misslyckandena med privatiseringen av järnvägarna.
– Privatiserade järnvägstjänster är inte bara mer överfulla och dyra, de är också långsammare.
"Och naturligtvis, förutom att vara offentligt ägda, var British Rail tåg offentligt tillverkade för mycket mindre kostnad i Storbritannien, i motsats till de nya IEP tåg som tillverkas i Japan."
GWR sa att några av RMT: s fakta var felaktiga, utmanade ett påstående om att London-Bristol restiden skulle vara långsammare.
"Den snabbaste resan i Bristol-London, citerad av RMT, 1977 var en timme 25 minuter. Efter elektrifieringen och de nya tågen, kommer detta att vara en timme 19 minuter, det är sex minuter snabbare än 1977.
" 1977 gick sex tåg varannan timme mellan Cardiff-London och Bristol-London, jämfört med 12 tåg varannan timme efter elektrifiering och införandet av nya tåg. Det är dubbelt så många tjänster.
"Den snabbaste färdtiden i Cardiff-London, citerad av RMT, 1977 var en timme 45 minuter. Detta kommer att bli detsamma med införandet av elektrifiering och nya tåg."
RMT är i tvist med GWR över planer på att skära vakter och buffé biltjänster.
Stuart Cole, professor i transport vid University of South Wales, sade att det hade funnits ett expresståg på 1970-talet som gick direkt från Cardiff till London utan att stanna.
"Det fanns ingen Bristol Parkway då. De har valt tåget som var snabbast så långt jag kan förstå det; ett tåg på morgonen som gjorde en timme 41 minuter. De flesta tog längre tid än så.
"Det tog de genomsnittliga restiderna, det skulle vara mycket förnuftigare."
Cardiff Central Labour MP Jo Stevens krävde ett offentligt järnvägssystem och sade att privatiserad järnväg hade varit ett misslyckande som gav "litet genom förbättringar för passagerarna i Cardiff men rikligt med skattesubventioner för direktörerna och aktieägarna i [Great Western Railway]".
Nya 4,5 miljoner pund tåg som går från London till södra Wales kommer att vara långsammare än de för 40 år sedan, har en transportunion hävdat.