Il tempo di percorrenza dei treni più veloci, nel 1884, era pari a 1h 23' tra Terni e Rieti, 2h 40' tra Rieti e L'Aquila, e 2h tra L'Aquila e Sulmona; la velocità commerciale era di circa 30 km/h nella prima e nell'ultima tratta, e scendeva addirittura a 23 km/h nella tratta di valico Rieti-L'Aquila, rimanendo sostanzialmente invariata fino agli anni trenta. Nei primi anni di esercizio furono utilizzate locomotive FS 120, poi sostituite dalle FS 851. Nel 1915 il terremoto della Marsica provocò notevoli danni al tratto L'Aquila-Sulmona.