1911年に最初の路線が開通した際、その乗客は沿線の工業化に伴い増加する労働者や都市住民といった層が中心であった。運賃は1区3銭の区間制で、定期乗車券の販売も当初から行われた。開業初年度の輸送人員は174万人であったが、路線の延長、特に折尾延伸が長距離客の需要を喚起したことで、1914年度には年間600万人まで伸長した。さらに第一次世界大戦中の大戦景気により沿線工場が増加し人口も伸びると輸送人員は著しく拡大し、1919年度には年間輸送人員が1,500万人を超えるまでになった。1920年代も引き続き輸送人員は増加傾向にあり、その伸び率は沿線人口の増加を上回る水準であった。特に増加したのが沿線市街地の連続化によって需要が喚起された短距離利用客で、この方面の需要を取り込むために停留場の増設などを行っている。年間輸送人員は1923年度に2,000万人に達し、1929年度に3,000万人を超えた。しかし一方で1920年代末からは路線バスの進出により1区間程度のごく短距離の利用客はバスとの競合状態となった。1930年代に入り輸送人員は1931年上期を底に一時落ち込むがすぐに回復し、1935年度に年間4,000万人を突破した。ただし運賃収入は1932年上期に値下げした影響で一時減少している。この間の1933年3月の交通調査によると、軌道線の利用は八幡市内の利用が最多で、次に門司市内、小倉市内と続き、総じて市内での利用および隣接都市間の利用といった短距離利用が多かった。また停留場別では八幡製鉄所の最寄りである中央区停留場と緑町停留場（いずれも八幡市）の利用が最も多く、1日2万人以上の乗降があった。1930年代後半になると、軍需産業の興隆による沿線人口増加と、燃料不足で運行本数が減少した路線バスからの乗客移転が重なり、軌道線の混雑は激化していった。年間輸送人員の数字で見ると、その増加は1938年度に6,000万人を超え、1939年度には8,000万人超、1940年度には9,000万人超となり、1941年度には1億人に迫るというハイペースであった。戦時下の資材不足の中で可能な限り車両の増備に努める一方、混雑対策として1940年（昭和15年）12月より朝夕ラッシュ時に一部停留場を通過する急行運転を開始し、他にも短距離客に不利なように運賃制度を変更して短距離利用の抑止を図った。こうのように輸送力確保に苦闘する状態で九州電気軌道の路線は1942年9月に西鉄へと引き継がれ、西鉄北九州線となった。
桐生駅が始発駅で、JR両毛線と共用し、業務はJR東日本に委託している。桐生駅を出てからは両毛線と線路を共用（二重戸籍区間）し、1.9km先の下新田信号場で両毛線から分岐し、足尾方面に向かう。分岐して最初の駅、下新田駅は同鉄道の中では一番新しい駅であり、JR高崎支社の職員訓練施設や引き込み線などがある。駅を発車し両毛線から離れると、左側から東武鉄道桐生線と合流し、相老駅に到着する。東武伊勢崎線浅草駅から直通する特急「りょうもう」の停車駅であり、わたらせ渓谷線との乗り換え駅でもあるため、乗り換え客が多い。また、LIXILや小倉クラッチなどの工業企業もあり、通勤で利用する人もいる。この先より国道122号線にほぼ沿う形で、桐生市相生町の住宅地を通り、上毛電鉄のガード下を潜り、運動公園駅を経て大間々駅に到着する。大間々駅は、同鉄道の中心駅である。近くには歌舞伎舞台のある「ながめ余興場」があり、過去に歌舞伎が行われた時、大勢の見物客が大間々駅を利用した。わたらせ渓谷鐵道の見どころは、大間々駅を出発して、「七曲の渓」と呼ばれる渓谷から始まる。この渓谷は、国道122号の地点からいえば大間々警察署あたりで、福岡大橋の場所から、「対向車注意」など運転者に注意を促す電光掲示板がある辺りまでである。この間に3つトンネルがある（国道にはない）。次の上神梅駅は、国の登録有形文化財に登録された木造駅舎で、旧事務所にカラオケ教室がある。川の対岸の断崖のところに、京都貴船に本社のある貴船神社がある。上神梅駅を発車して次の本宿駅を過ぎると、古路瀬渓谷と呼ばれる渓谷を通る。紅葉ポイントの一つで、鉄道・国道から見ることができる。位置は、城下トンネルあたりで、近くに処刑場があったとされ、今でも幽霊の出るスポットとして知られており、国道のトンネル付近に供養塔がある。中間の水沼駅には温泉センターが併設されている。畳敷きの広い休憩所があり、近所の人やハイカーがくつろいでいるほか、観光客が訪れることもある。みどり市東町の最初の駅、花輪駅には、童謡の父「石原和三郎」の出生の地であることから、彼が作詞した童謡「うさぎと亀」の歌に登場するうさぎと亀の石像があり、列車が通る時には同駅のスピーカーから「うさぎと亀」の曲が流される。列車は渓谷に沿いながら、中野・小中の両駅に停車し、次の神戸駅に到着する。神戸駅構内には、元東武鉄道の特急車デラックスロマンスカー1720系2両を利用した列車のレストラン「清流」がある。また、富弘美術館は神戸駅からみどり市営バスで結ばれており、わたらせ渓谷線を利用して訪れる人も多い。神戸駅を出ると列車は草木トンネルに入り、トンネルを通過した後すぐに草木湖を渡り、右岸から左岸に変わって沢入駅に到着する。沢入駅から先の足尾方面は急カーブや、急勾配が連続する区間であり、列車はゆっくりと、景色を見るのには十分な速度で走る。時々野生動物が線路のそばにいることがある。3つ目の笠松トンネルで、群馬県から栃木県に入る。そして足尾市街に入り、銅山の施設跡をたどりながら通洞駅・足尾駅、そして終着駅間藤駅に到着する。桐生駅から出発して約1時間30分の所要時間で到着する。2007年頃から車内放送が更新され、桐生駅や大間々駅などの各主要駅には、発車直前に発車の知らせや発車音が追加された。音は電子ブザー音に似ている。