על אף הדין והדברים יוזמתו של דובנוב נכשלה לבסוף והרכבת לא שבה לצפור בשדות העמק כבעבר. למרות פירוק הציוד והפסקת תפעול הרכבות בקו חיפה-סמח', נשאר השטח עליו עברו פסי המסילה בידי רכבת ישראל. 60 שנים לאחר הפסקת תנועת הרכבות, חל איסור על בנייה בתוואי בו עברה המסילה ולרוב שטחים אלו עומדים ריקים ולעיתים אף מגודרים. עיריות ומועצות רבות הפכו שטחים פתוחים וצרים אלו לפארקים לרווחת הציבור אשר מנציחים לרוב את ההיסטוריה של רכבת העמק. אולם היו מספר מקומות בהם גורמים שונים השתלטו על תוואי הרכבת ומבקר המדינה אף נזף בהנהלת הרכבת בתחילת שנות ה־2000 על כך שלא עשתה דיו כדי לשמר את זכויותיה במקומות מסוימים. מסלולי הנחיתה של בסיס חיל-האוויר רמת דוד למשל, נבנו על קטע ניכר מתוואי המסילה.
במרוצת השנים עלה מדי פעם בפעם הרעיון הישן של החייאת רכבת העמק. בשנת 1988 הוחלט על חידוש הפעילות בקו חיפה בית שאן כחלק מפרויקט תיירות גדול. באותו זמן גם נעשו שינויים בתוכנית המתאר לתוואי הרכבת כדי להתאים את התוואי המחודש לעובדות הקיימות בשטח שנבנו עם השנים על התוואי המקורי. לשם כך למשל הוזז תוואי המסילה המתוכנן אל מצפון לקיבוץ יגור ולא בתוך הקיבוץ כפי שהיה בעבר.
בשנת 1998 נערך סקר הבוחן את התאמת השטח להקמת מסילת רכבת מודרנית ובחודש אוגוסט שנת 2003 הכריז שר התחבורה, אביגדור ליברמן, כי במסגרת תוכנית החומש של רכבת ישראל יוחל בחודש יולי של שנת 2005 בחידוש מסילת הרכבת בין חיפה לבית שאן. לשם כך הוגשה לאישור תוכנית לתשתיות לאומיות בה נערכו שינויים נוספים בתוואי המקורי בהתאם להתפתחויות נוספות שקרו בשטח מאז אושרו השינויים בתוואי שהוגדר בשנת 1988. שינויים אלו כוללים את הוצאת מסילת הרכבת ממרכז העיר עפולה ותכנון תוואי חדש אשר יעקוף את עפולה מצפון ובחלקו אף יעבור בחפיר. תחנת עפולה החדשה תמוקם במרכז העירוני החדש של האזור הנמצא בנקודה בין עפולה לעפולה-עילית, אולם עירית עפולה מיהרה לבנות שכונה שלמה על המיקום המיועד לתחנה החדשה. שינויים צנועים יותר ייערכו באזורים שונים כגון סמוך לכלא שאטה ובאזור המפרץ, שם תוסט המסילה צפונה כדי לאפשר מעבר הקו ליד תחנת לב המפרץ ותחנת האוטובוסים האזורית במקום.
התוכנית, בהסתיגויות מסוימות, אושרה בידי ועדות התכנון בסוף 2005. לפיה, המסילה בקו החדש-ישן הייתה אמורה לפעול החל משנת 2010 ועתידה להכיל חמש תחנות: חיפה, נשר, כפר יהושע (תחנה חדשה, לא זו ההיסטורית), עפולה ובית שאן. עם זאת פיתוח המסילה נעצר בידי משרד האוצר שהקפיא את התקציב עבורה זמן קצר לאחר אישורה. בסוף פברואר 2010 הורתה ממשלת ישראל להפשיר מיידית את תוכנית הפיתוח של המסילה והקצתה סכום של 3.4 מיליארד ש"ח לבנייתה שאמורה הייתה להתחיל לקראת שנת 2011.
בנוסף לתוואי המחודש, הגישה רכבת ישראל גם תוכנית לבניית תוואי חדש לגמרי מבית שאן למעבר הגבול בגשר שייח' חוסיין כדי לשנע מטענים מירדן לנמל חיפה וקו חדש זה נכלל בתוכנית הביצוע של המסילה, ומכיוון שזו הייתה הסיבה העיקרית של הסולטאן הטורקי לסלילת מסילת רכבת-העמק, יש להניח כי חידוש המסילה רק עד בית שאן וחיבורה לירדן נובע מאותה סיבה. הרכבת העלתה גם הצעה לחדש את השלוחה הישנה לג'נין כדי לספק שירות לרשות הפלסטינית בעתיד.
תחנות רכבת העמק.
עם פתיחתה של המסילה בין חיפה לדרעא נבנו לאורכה 10 תחנות, שמונה מהן נמצאות כיום בשטחי מדינת ישראל. בשיא פעילותה של רכבת העמק, שנות ה-40 של המאה ה-20, היו לאורך קטע המסילה שבין חיפה לצמח 48 תחנות.
במרוצת השנים, עם ההתפתחות שחלה באוכלוסיית האזור וריבוי היישובים בעמק יזרעאל, תחנות חדשות של רכבת העמק נפתחו ואחרות נסגרו בהתאם לביקוש והתפתחות היישובים לאורך המסילה. תחנות שינו מעמד תוך כדי פעילותן, היו תחנות רשמיות והיו תחנות פעילות שלא מופיעות בלוח הזמנים של הרכבת.
יש להבדיל גם בין "תחנה" שיש בה מאפיינים שונים כמו בנייה וצוות הפועל בה לבין "חניה" שלרוב יש בה רק שלט או אפילו גם זה לא ולעיתים יש מחסה אבל ללא צוות מפעיל כלשהו. בפסקה זו מובאות כל התחנות של רכבת העמק 48 במספר.
סימון ה-נ.צ. הוא ברשת ישראל הישנה :
ארבע התחנות שממערב לתחנת חיפה מזרח הופעלו רק החל מתקופת השלטון הבריטי, אז נסללה מחיפה (המשך ממסילת רכבת העמק מערבה) כחלק מחיבור חיפה דרומה עם המסילה המזרחית ההיסטורית באזור פרדס חנה-כרכור.
תחנה 1 - תחנת כרמל.
בעברית "תחנת כרמל", בתעתיק מערבית "מחטת אל-כרמל", בתרגום מאנגלית "חיפה כרמל". ממוקמת בק"מ 2.478 מערבה לנקודת ה-0, נ.צ. 149111-1248236 .
התחנה שימשה בתחילה להסעת עובדי הרכבת הערבים שהתגוררו ב-"שכונת תחנת כרמל" הקיימת עד היום, ובהמשך שימשה כתחנה לנוסעים דרומה.
תחנה 2 - המושבה הגרמנית.
בעברית "המושבה הגרמנית", בתרגום מאנגלית "המזח הגרמני". ממוקמת בק"מ 1.925 מערבה מנקודת ה-0. נ.צ. 149722-1247792. תחנת חניה.
הוקמה במיוחד עבור המושבה הגרמנית ובקרבת המזח שנבנה במיוחד לקראת החפתו של הקיסר וילהלם השני בחיפה. בוטלה עם פתיחת תחנת חיפה מרכז.
תחנה 3 - חיפה מרכז.
בעברית "חיפה מרכז", בתרגום מערבית ומאנגלית "חיפה". מאז 2007 התחנה נקראת "תחנת הרכבת חיפה מרכז – השמונה". התחנה נמצאת ק"מ 1.381 מערבה לנקודת ה-0 . נ.צ. 150103-1247557
פתיחת התחנה ריכזה את התחבורה הציבורית בעיר התחתית של חיפה למתחם אחד כאשר תחנת האוטובוסים הציבוריים של השכונות בחיפה והערים הקרובות עד טבעון בצמוד לתחנת הרכבת, תחנת האוטובוס המרכזית הבין-עירונית (אגד הישן) במרחק 500 מטר ברחוב יפו 106, וכך נוצר גם הכרטיס המשולב רכבת-אוטובוס.
תחנה 4 - המרכז המסחרי היהודי.
בעברית ובאנגלית "תחנת המרכז המסחרי היהודי" שהייתה חניה. ק"מ 1.000 מערבה מנקודת ה-0. נ.צ. 150262-1247491 . היה צורך בפתיחת תחנת רכבת שתשרת את האינטרסים של המרכז המסחרי בעיר התחתית. עם פתיחת "חיפה מרכז", בוטלה החניה הזו.
תחנה 5 - תחנת חיפה מזרח.
בעברית ובאנגלית "תחנת חיפה מזרח" בערבית "אום אל עמאל". ק"מ 0.000 נ.צ. 150887-1246325 .
תחנת חיפה הייתה תחנת המוצא של מסילת העמק והראשונה להבנות לאורכה. התחנה נבנתה בתחילת המאה ה-20 בסגנון האופייני לתחנות הרכבת בדרום גרמניה. אבן הפינה למבנה התחנה הונחה ב־16 ביולי 1905, יום אחד בלבד לפני טקס החנוכה הרשמי של המסילה. התחנה כללה מתחם קטן של מבנים, המרכזי מביניהם היה מבנה מאורך שנבנה משלושה אולמות ובראשו מגדל שעון מעוטר. מבנה זה, ששימש כבית הנתיבות של התחנה, נפגע בפעולה צבאית שנקט ארגון האצ"ל כנגד השלטונות הבריטיים. ב־20 בספטמבר 1946 הוכנס בחשאי מטען נפץ אל הבניין שהיה באותה שעה עמוס בנוסעים ועובדי הרכבת. טרם הפיצוץ נתקבלה הודעה טלפונית במשרדי התחנה והבריטים מיהרו לפנותה בהקדם. הפיצוץ שהתרחש גרם לקריסתם של חלקיו המערבי והמרכזי של המבנה ובכלל זה מגדל השעון.
חלקו המזרחי של המבנה, שנותר על תילו לאחר הפיצוץ, משמש כיום כתחנת הרכבת "חיפה מזרח". בתחנה זו הוקם "מוזיאון הרכבת", אשר מתעד את תולדות מסילות הברזל בארץ ישראל למן חנוכת מסילת יפו-ירושלים ועד לימינו.
תחנה 6 - משטרה.
בעברית "משטרה", בתעתיק מערבית "אל נוקטא", בתעתיק מאנגלית "פוליס סטיישן" הייתה תחנת חניה. ק"מ 1.200 נ.צ. 151681-1245447 .
מדובר בתחנת חניה בלבד ליד הטגארט של משטרת חיפה המנדטורית, שם ירדו השוטרים שהגיעו ממקומות שונים בגליל ובכנרת, כדי לקבל את ה-"פס" (אישור חופשה) לפני הנסיעה הביתה. הטגארט שימש גם כתחנת רוכבים מרכזית, וכן כמקום אליו הובאו מפירי סדר חורנים שנתפסו באזור תל אביב-יפו, ונמסרו ליד אנשי יחידת "המשטרה המעולה" לצורך הובלתם לתחנת אל-חמה לשם גירושם למקום ממנו באו - החורן, שטח המנדט הצרפתי (דרום סוריה של ימינו).
תחנה 7 - תחנת חוואסה.
"תחנת המחצבה" או בכינוייה "תחנה 4.5", בתעתיק מערבית "חוואסה", בתרגום מאנגלית "4.5", ק"מ 4.621 נ.צ. 153925-1243059 הייתה תחנת שירות.
תחנה קטנה זו נבנתה כקילומטר ממזרח לצומת הצ'ק פוסט בסמוך לכפר הקטן חוואסה במרחק 4.621 קילומטרים מתחנת חיפה מזרח ומכאן נובע הכינוי שעיגל את הנתונים. התחנה שרתה ריכוז של מחסני הצבא הבריטי בסביבה ולכן מבנה מגורי המסילאים, ששרד עד ימינו לצד שרידי המסילה, הוא המבנה היחידי בה. התחנה לא נועדה לשירות הציבור, אולם רבים נעזרו בה כתחנת עלייה וירידה בלתי רשמית. נקודת משמר של אגודת השומרים.
תחנה 8 - תל חנן.
תחנת "תל חנן", בתעתיק מערבית "בלאד-אל-שייח", בתרגום מאנגלית "קשר עכו". ק"מ 5.020 נ.צ. 154234-1242815 הייתה תחנת חניה בלבד עם מבנה בנוי מלבני סיליקט.
התחנה השנייה של מסילת העמק נבנתה בשנת 1904 בפאתי הכפר בלד א-שיח'. ערביי המקום נודעו בהתנכלויות החוזרות ונשנות לתנועת הרכבות. בשנת 1913 חנכו הטורקים שלוחה שתחילתה בבלד א-שיח וסופה בעיר עכו. שלוחה זו פורקה במהלך מלחמת העולם הראשונה ונבנתה מחדש לאחריה על ידי השלטון הבריטי, כאשר השלוחה חוברה אז לנקודה מערבית יותר במסילה, נקודה קרובה יותר לחיפה (בתוואי המסילה הפעיל גם כיום כחלק ממסילת החוף). במהלך השנים הומרה שלוחה זו מרוחב צר לרוחב תקני.
תחנה 9 - ביטחון נשר.
בעברית "ביטחון נשר" באנגלית "נשר". ק"מ 6.500 נ.צ. 155273-1242816
נקודת שירות בה ניצב שומר ששמר על גשר סמוך. השומרים התניידו לעמדה באמצעות הרכבת.
תחנה 10 - תחנת נשר - היישוב.
"נשר", בתעתיק מערבית "זיתון-אל-באסאטין"' באנגלית "Nesher". ק"מ 6.900 . נ.צ. 155581-1241593 שימש כחניה, במקום היה מבנה מלבני סיליקט.
תחנה 11 - תחנת נשר - המפעל.