1862年4月30日、資材の元の所有者であるボルチモア・アンド・オハイオ鉄道は、センターヴィル軍用鉄道の調査に出向き、5月7日には遺棄された資材の回収を試みた。ボルチモア・アンド・オハイオ鉄道のレールには刻印がされているため容易に判別が可能であり、実際にストーンウォール・ジャクソン大佐のボルチモア・アンド・オハイオ鉄道襲撃（Great Train Raid of 1861）の際にヴァージニアの民兵と南軍が鹵獲したたものであった。しかしながら5月20日、北軍の補給担当士官は、保管されていた分も含めて、センターヴィル軍用鉄道に使われたレールは北軍の他の鉄道計画のために使用すると決定した。翌日、ボルチモア・アンド・オハイオ鉄道の社長であるジョン・ギャレット（John W. Garrett）は、北軍がマナサスギャップ鉄道を補修しシェナンドー渓谷のナサニエル・バンクス少将への補給を容易にする計画であることを知り、これに対する抗議の手紙を送っている。5月24日、ボルチモア・アンド・オハイオ鉄道は資材に関する詳細な報告書を提出した。6月7日、北軍は資材は返却せず、必要な場所で使うとの再度返答した。6月9日、ギャレットはボルチモア・アンド・オハイオ鉄道を修復するほうが、北軍全体のためにもより重要であると再反論した。最終的にはこのギャレットの要求が受け入れられ、7月末にはセンターヴィル軍用鉄道のレールは、全て元の所有者であるボルチモア・アンド・オハイオ鉄道に返却された。「レールが取り外されると、世界初の軍事専用鉄道の跡は草木によってすぐに消失した。ごく一部を除いて、その存在はほとんど忘れ去られた。」
センターヴィル軍用鉄道が利用された期間は極めて短かった。マクレラン少将の動きに対応するため、1862年3月9日、ジョンストン大将はセンターヴィル高地の防衛陣地を放棄し、ラッパハノック川（Rappahannock River）の南への移動を命令した。この移動によって、マクレランが当初の計画していたラッパハノック川の河口付近への上陸は不可能となり、代わりに北軍が確保しているバージニア半島南端のモンロー砦に上陸し、そこから半島を遡り、ウィリアムズバーグを通過してリッチモンドに至るという計画に変更された。3月11日、南軍は撤退を完了した。線路は可能な限り破壊したが、レールの多くは残したままであった。ブルラン川のトレッスル橋は破壊された。同日に北軍がセンターヴィルに入った。残ったレールは引き剥がされ、バージニア州内各所の線路の補修に使用するという決定が、一旦はなされた。
北軍の兵士たちは、離れた場所からではあるが、土木工事が行われていることを見ており、鉄道が完成するとセンターヴィルはほとんど難攻不落になるのではと信じるようになった。第一次ブルランの戦いで敗北したアービン・マクドウェル少将に代わって、ジョージ・マクレラン少将が北軍の司令官となっていた。マクレランはアメリカ連合国の首都リッチモンド攻略の責任を負っていたが、ブルラン川に沿った南軍の防衛ラインは強力すぎると考えた。このため、マクレランはブルランの南軍への攻撃を行わず、北軍の兵士を船で輸送し、海側からリッチモンドに達する経路を使うこととした（半島方面作戦）。
線路は軍への軽量の補給物資の運搬のみを目的とした軽便鉄道として設計されており、負傷兵など重量物を輸送する際に問題が生じた。当初使われた蒸気機関車は重量物の輸送には非力に過ぎ、負傷兵を積み込んだ貨物車を牽引できなかった。このためジョンストンは負傷兵の運搬に鉄道を使用することを禁じた。後に、より強力な機関車が使用可能となったため、ジョンストンは負傷兵を90マイル南方のシャーロッツビルにある南軍の大病院に輸送することを認めた。オレンジ・アンド・アレクサンドリア鉄道はこのジョンストンの決断に賛成しなかったが、ジョンストンはバーバー中佐に命じてシャーロッツビルまで負傷兵を輸送を実行させた。1862年3月1日、バーバーはトーマス・シャープ大尉に命じて、運搬物の種類別（負傷兵、女性、補給物資、その他の荷物）に列車運行を調整させ、また毎日の報告を行わせた。
オレンジ・アンド・アレクサンドリア鉄道の列車がマナサス・ジャンクションから引き入れられ、1862年2月の第2週から、北軍が南方に撤退した同年3月11日までの1ヶ月弱、センターヴィル軍用鉄道は運用された。
線路はセンターヴィル・ロードの西側に沿って敷設され、引き伸ばしたS字のような形状となった。マナサス・ジャンクションからリベリア・プランテーションを通過し、4マイル地点で新たにブルラン川に建設されたトレッスル橋をわたり、さらに1.5マイル北上したマートフ農場の平坦地が終点となった。軌間はオレンジ・アンド・アレクサンドリア鉄道およびその支線マナサスギャップ鉄道と同じ4フィート8インチ1⁄2（1,435 mm、標準軌）であったと思われる。またボルチモア・アンド・オハイオ鉄道から調達した平底レール（Flanged T rail）が使用された。建設期間を短縮するために、排水やレールの安定のためのバラスト軌道は採用されず、また枕木の間隔は通常の倍とされた。
編成は台車を有する車体と台車を有さないフローティング車体の2種類によって構成され、そのうちフローティング車体は床上高さ350 mmの低床構造となっている。車体は耐腐食性を高めた構造となっており、特に腐食し易い側面や屋根や乗降扉付近はステンレス鋼で作られている他、車体の前後の梁はガラス繊維を含む複合素材によって作られた支持フレームによって構成される。車内はメンテナンスの容易さと快適性の両立を考慮した設計で、車内に案内表示装置や乗務員と連絡可能なインターホンを設置する事も可能である。乗降扉はスライド式の両開き構造で、下部には収納式のスロープが設けられている。扉の開閉を乗客に示す照明やアラームの設置、開閉の半自動化も可能である。全形式とも運転台に冷暖房を完備した空調装置が設置されている一方、車内については06T、10T、19Tが冷暖房双方に対応している一方、それ以外の形式については暖房のみが設置されており、夏季は強制換気による温度調節が実施される。台車は車軸を有するボギー台車を用い、車軸と平行に固定された2基の三相誘導電動機によって駆動する他、電気ブレーキ、電気油圧式ディスクブレーキ、レールブレーキなど各種制動装置も搭載されている。ただし回転軸が存在せず、台車は車体に固定された状態となる。低床構造を採用しているため、制御装置を始めとする主要機器の多くは屋根上に設置されており、機器のコンテナ内への収納や制御装置のユニット化など、メンテナンスの簡素化を図っている。台車に設置された非同期電動機はIGBT素子を用いたVVVFインバータ制御方式によって制御され、回生ブレーキと併せてエネルギー消費の削減が実現している。また、空調装置や電動機、制御装置用のファンに用いられる補助電源装置は二重化を前提にした設計となっており、一方に障害発生した場合、出力の制限はあるが他の装置から電力が供給されるようになっている。これらの機器の制御や自動診断はマイクロプロセッサによって自動的に行われる。