第一次世界大戦終結後民営に戻された鉄道は、戦時中の酷使で施設や車両が荒廃しており、まずその修復から始めなければならなかった。しかし1920年代は空前の好景気であり、それに支えられて鉄道は好業績を上げることができた。旅客輸送は依然として鉄道が多くを占めており、1929年時点で1日約20,000本の旅客列車が運転されていた。ところが、すでに1926年以降は旅客輸送量は減少に転じていた。もともとアメリカの鉄道は貨物中心であり、旅客輸送はほとんど利益を上げていなかった。旅客と貨物の会計は明確には区分されていなかったので、実際には旅客輸送はまったく収益を上げていなかったのが貨物輸送の収益で覆い隠されていただけであると指摘されている。1916年を最高として、アメリカの鉄道網は縮小を始めていたが、アラスカ準州においてアメリカ国内最後の本格的な本線級の鉄道建設が行われた。第一次世界大戦前に議会がスワードとフェアバンクスを結ぶアラスカ鉄道の建設を決め、1923年7月1日に完成した。1920年代の好景気は1929年の株価の大暴落によって終わり、1930年代は世界恐慌の時代となった。鉄道の経営にも恐慌は大打撃を与え、1929年に7億8000万人いた旅客は1932年に4億7800万人へ急減した。1928年に170万人いた鉄道労働者は、1938年には93万9000人とほぼ半減した。多くの鉄道が倒産し、鉄道の運行続行が政府の重大な関心であったことから、1932年の連邦倒産法77条の規定で、倒産した鉄道は裁判所の指名する破産管財人の下で運行を続行できることになった。自動車や航空機といった競合者の出現に、鉄道は高速性や内装の快適性、優れた列車の外観や便利な運行ダイヤ、そしてそれをアピールする広告といったもので対抗した。一方で鉄道は独占に安住して、技術革新を怠り競合する交通手段を法的に規制することで競争を逃れようとし、独占を維持することに汲々となっていたとの指摘もされている。また、鉄道は本質的に線路に多額の固定費用がかかるが、自動車は道路に対する固定費用の負担が無くもっぱら車両の更新にだけ集中的投資を行えることや、自動車や電機などこの頃勃興した新しい産業では工場の生産ラインに直結する小回りが利いて迅速なトラックによる小口輸送が適合したことなど、構造的な要因もあって、次第に鉄道は不利な立場に置かれつつあった。この時代、地方の支線区ではドゥードゥルバグ（アリジゴクという意味）と呼ばれる車両が出現した。ドゥードゥルバグはガソリンエンジンやディーゼルエンジンを搭載して発電し、その電気で電動機を駆動して走る電気式気動車で、1922年にシカゴ・バーリントン・アンド・クインシー鉄道が製造したのが最初の実用的な例とされている。ドゥードゥルバグはバスに対抗することを目的としており、実際にその目的をある程度達成した。蒸気機関車が牽く通常の客車列車に比べれば、運行コストははるかに安かった。しかしこの時代のエンジンではまだ出力不足であり、また室内は騒音や振動がひどく内装も劣悪で、1930年代には多くの鉄道会社が支線での旅客営業を諦めていったことから、一時的な流行にとどまった。しかしドゥードゥルバグの経験は、その後の流線形車両へと生かされた。より強力なディーゼルエンジンを搭載して、1934年にユニオン・パシフィック鉄道がM-10000形を送り出した。この列車は内装も改善され、強力なエンジンにより90マイル毎時以上で走行できた。複数の車両で編成を構成しており、車内に供食設備も用意された。ユニオン・パシフィック鉄道はこれをさらに増備して、高速ディーゼル特急網を整備し始めた。またシカゴ・バーリントン・アンド・クインシー鉄道は、新興のバッドにオールステンレスのディーゼル車両を発注し、パイオニア・ゼファーを送り出した。こうした新型車両は映画を通じて宣伝され、好評を博した。気動車のほかに、従来型の客車列車・貨物列車の牽引を蒸気機関車からディーゼル機関車へ置き換える動きも始まった。アメリカで広く使用されるようになったディーゼル機関車はドゥードゥルバグ同様に電気式のものであった。既存の蒸気機関車メーカーに代わり、ゼネラル・エレクトリックやゼネラルモーターズ傘下のエレクトロ・モーティブ・ディビジョン (EMD) がディーゼル機関車の製造を進めた。ディーゼル機関車は蒸気機関車に比べて2倍ほどの値段がしたが、多くの利点があった。蒸気機関車では1両に機関士・機関助士・制動手の3人が乗ることが多く、重連運転では機関車1両ごとにこの組み合わせが必要であった。しかしディーゼル機関車では1人の機関士が複数の機関車を同時に制御できるので、3重連の貨物列車ならば要員数は9分の1になり、運行コストの低減に大きな効果があった。また砂漠など乾燥地帯を走る鉄道では、蒸気機関車の消費する水が大きな問題であったが、ディーゼル機関車は水をほとんど消費しないので、これも運行コストの低減に効果があった。このため、特に乾燥地帯を長く走る路線をかかえていたアッチソン・トピカ・アンド・サンタフェ鉄道では、急速にディーゼル化が進んだ。そして蒸気機関車は、運行を続けるためには頻繁に保守作業が必要で、同形式でも1両1両の部品が現物あわせで造られているために簡単には交換不能で、熟練の職人が大勢で作業をしなければ運行体制を維持できなかった。しかしディーゼル機関車は自動車の生産方式が取り入れられており、同じ形式ならばどの車両でも互換の部品が使用されており、大して熟練していない職員でも部品の交換だけで簡単に短時間で整備することができた。ディーゼル機関車では機関車メーカーの販売体制も変わった。それまで蒸気機関車では鉄道会社が多くの設計を行って機関車メーカーに発注していたが、ディーゼル機関車ではメーカーのラインナップから選択する形になり、鉄道会社の独自性は外部塗装程度になった。貨物用と旅客用の区別もほとんどなくなり、旅客用はギア比を高速用に設定し、蒸気暖房用の蒸気発生装置を搭載する程度であった。また蒸気機関車に比べて約2倍の高価格をカバーするために、EMDは鉄道会社に分割払いでディーゼル機関車を提供する枠組みを用意し、儲かっていない鉄道会社でもとりあえずディーゼル機関車を導入して、その後の運行コスト削減分の中から支払いができるようになった。一方ディーゼル機関車の普及に対抗して、従来からの蒸気機関車メーカーも蒸気機関車の改良を試みた。転がり軸受を動輪に採用して保守の手間を軽減し、給排気にポペットバルブを採用して効率を改善するなどの試みが行われた。またペンシルバニア鉄道やチェサピーク・アンド・オハイオ鉄道では蒸気タービン機関車の試行も行われた。しかしこうした技術はある程度の効果はあったものの、ディーゼル機関車に対抗するには遅すぎる開発であった。1936年に開発されたユニオン・パシフィック鉄道3985形蒸気機関車通称チャレンジャーと、1941年に開発されたユニオン・パシフィック鉄道4000形蒸気機関車通称ビッグボーイは、巨大な関節式蒸気機関車で、高速性と牽引力を兼ね備えており、これまでにない高速で貨物列車を牽引することができた。105両のチャレンジャーと25両のビッグボーイが製造され、第二次世界大戦の戦時輸送で大きな役割を果たした。ビッグボーイは出力が6,000馬力に達し、世界中で実際に製造された蒸気機関車の中で最大であった。電気機関車の導入を進めた鉄道もあった。すでに第一次世界大戦前にミルウォーキー鉄道では電化が行われていたが、大戦間期にはニューヨーク・ニューヘイブン・アンド・ハートフォード鉄道、バージニアン鉄道、グレート・ノーザン鉄道などでも電化が行われ、電気機関車が導入された。ペンシルバニア鉄道ではニューヨーク近辺に限られていた電化を世界恐慌の時期に大きく広げ、1935年にはワシントンD.C.とニューヨークの間の電化が完成した。ペンシルバニア鉄道は、アメリカの電化区間の40パーセントを保有するなど特に電化区間が長かった。1934年に投入されたペンシルバニア鉄道GG1形電気機関車は、レイモンド・ローウィ設計による優美な外観と強力な牽引力、高速性と高い信頼性を兼ね備えた優れた機関車であった。信号システムもさらに進歩した。1920年代には州際通商委員会の指令により、一部の旅客量の多い鉄道では車内信号の導入が行われた。また1922年には一部区間での自動列車制御装置 (ATC) の導入も指令され、制限速度を違反すると自動的に列車を止める仕組みが装備された。エレクトロニクス技術の進歩により列車集中制御装置 (CTC) の導入も進み、各駅の信号扱所で運行を取り扱っていたのが中央の指令所に統合され、合理化と運行の効率化に大きく貢献した。ペンシルバニア鉄道では、実験的ではあったが指令室と機関士や車掌が通話することのできる誘導式電話装置の導入を行っている。この時代、鉄道が競争力を保つ上で重要な要素となったのがエア・コンディショナー（冷房）であった。19世紀には氷を利用した空調システムがすでに考案されていたが、実用的になったのは1920年代後半であった。冷房の方式は大きく分けて3つあり、氷を利用して冷却した空気を循環させるもの、蒸気機関車からの蒸気により冷凍機のコンプレッサーを駆動するもの、車軸の回転により冷凍機のコンプレッサーを駆動するものがあった。この時代の技術では冷房を搭載できるのは鉄道車両だけで、自動車には無理であった。冷房を導入するとすぐに乗客が増加する顕著な効果があり、なかには冷房が導入されている路線を選んでわざわざ遠回りな経路で旅行する乗客もいるほどであった。また冷房を導入すると、車両を密閉した固定窓にすることができ、蒸気機関車の煤煙や外部の土ぼこりといったものから無縁の快適な旅をすることができるようになった。冷房は鉄道が自動車に対抗する上で重要な要素となり、1940年にはアメリカ中で約12,000両の冷房搭載車両が稼動していた。豪華列車の運行も全盛の時代であった。特に食堂車で提供する食事は、鉄道で旅客に提供できるサービスの中でも最高のものとされ、鉄道会社はその充実に努めた。しかし食堂車の営業で利益を出せる会社はほとんどなく、1920年代の例では1日約6万食が食堂車で提供されていたが、1年間に約900万ドルが鉄道会社の持ち出しとなっていた。ラウンジカーのサービスも豪華列車の売り物で、ソファなどを備えた豪華な内装の車両で軽食やドリンクを提供した。この時代はラジオ放送が始まったこともあり、ラジオの受信サービスも多くのラウンジカーの特徴であった。プルマンによる寝台車営業も引き続き行われた。それまで開放式の寝台が中心であったプルマンも、この時代になると個室寝台への移行が進んだ。プルマンが鉄道会社の代わりに多くの寝台車を保有していたのは大きな利点で、冬季には南部へ、夏季にはニューイングランド地方へと需要の変動に応じて寝台車を移動させてサービスを提供することができた。こうした豪華列車は速度も重要で、たとえばミルウォーキー鉄道は、オットー・クーラー設計による、「蒸気機関車の女王」と呼ばれたF7型蒸気機関車が牽引する「ハイアワサ」を90マイル毎時以上で運転した。この時期、各社で機関車から客車までを統一した流線型に設計した美しい列車が登場し、ニューヨーク・セントラル鉄道の20世紀特急とペンシルバニア鉄道のブロードウェイ特急の両者とも、1938年6月15日に同時に新型の流線型列車に更新した。ニューヨーク・セントラル鉄道の20世紀特急はヘンリー・ドレフュスが、ペンシルバニア鉄道のブロードウェイ特急はレイモンド・ローウィが、機関車まで含めて統一的なデザインを行った。どちらの列車もハリウッド映画に登場し、これらの列車の名声を高めた。20世紀特急の利用客は特に多く、時には4本から5本の列車を立て続けに運転して需要に応えなければならなかった。一方不況の時代であるため、豪華さではなく安さを売り物にした列車も運転された。寝台車を連結せずにすべて座席車として運賃を値引いた列車が各社で運転され、アッチソン・トピカ・アンド・サンタフェ鉄道のエル・キャピタンや、ユニオン・パシフィック鉄道のチャレンジャーなどが大陸横断鉄道でも運転された。また支線にある都市にバスでの輸送を提供する鉄道会社もあり、ペンシルバニア鉄道のように航空会社へ出資するところもあった。この航空会社はトランスコンチネンタル・アンド・ウェスタン航空と称し、のちにトランス・ワールド航空となった。貨物輸送でも、貨車1両に満たない貨物でも引き受けて割引での輸送を提供する動きが広まった。鉄道にとって招かれざる客といえたのが、ホーボーと呼ばれる浮浪者であった。南北戦争の後から貨物列車に無賃乗車してアメリカ中を渡り歩くホーボーが見られるようになり、世界恐慌の時代には50万人にも達したとされている。車掌にいくらかの金を渡して黙認してもらう者もいたが、多くは無賃乗車を決め込み、貨車の屋根に乗ったり可能ならば有蓋車の中に潜り込んだりした。ホーボーは備品や輸送中の貨物を盗むこともあったが、もっとも問題だったのは施設や車両の破壊で、特に冬に線路脇や車内で勝手に暖房用に火を焚き、これが火災の原因となる事が鉄道会社から忌み嫌われていた。そのため、ホーボーを発見次第追い払うために専門の警備要員を雇うほどであった。1940年代に入ると、第二次世界大戦の軍需景気で仕事が急増したこともあり、ホーボーはほとんど見られなくなった。