部分廃止区間については、高松 - 村松間の廃線跡が農地改良によってうしなわれた他は、おおむね農道に転用もしくは軌条・架線・架線柱を撤去した状態でそのまま存置されている。加茂 - 東加茂間の加茂川橋梁はJR信越本線と共有されていたため、複線の信越本線と併せて三線分の幅員があり、廃止後も蒲原鉄道の架線・レールが撤去された他は枕木などもそのまま残っている。また、JR信越本線加茂 - 羽生田間には蒲原鉄道線が信越本線を乗り越していた線路橋の橋桁と築堤が残されており、新潟方面に向かって右手の築堤上には陣ヶ峰駅のホーム・階段が残存する。その他、七谷駅は駅舎・ホームとも残存し、土倉・高松両駅はホーム跡が残るほか、冬鳥越 - 土倉間に存在した土倉隧道が廃線当時そのままの状態で放置されている。残存区間の廃止後については、村松・今泉・五泉の各駅ともホームなどの撤去が廃止後間もなく実施され、一部区間に路盤跡が残るのみである。
開業当初の停車場は五泉・村松・西村松・大蒲原・七谷・東加茂の6箇所で、西村松を除く5駅はいずれも列車交換設備を有した。また、加茂駅は鉄道省の管理駅（停車場）であった。その他停留所が今泉・寺田・高松・土倉・冬鳥越・狭口・駒岡・陣ヶ峰の8箇所開設され、駅（停車場・停留所）の改廃は路線廃止時以外においては行われなかった。貨物列車の省線への受け渡しは五泉駅を介して行われ、蒲原鉄道線内を発着する貨物・小荷物類は、蒲原鉄道線（会社線）を表す「社」の文字を付した「（社）五泉」発着扱いで運行された。第一期開業区間である五泉 - 村松間は通勤・通学需要が高く、輸送密度も高水準で推移したものの、第二期開業区間である村松 - 加茂間については沿線人口が希薄であったことから開業当初より苦しい運営を強いられた。また、路線敷設目的の一つであった五泉 - 加茂間の連絡用途については期待されたほどの需要がなかったことから、運行系統は村松を境に事実上分断された。五泉 - 加茂間直通列車の設定はあったものの、村松において時間調整のため30分以上の停車を強いられるなど、直通列車として機能しているとは言い難い状態であった。また貨物輸送については、主な出荷物が米穀であったことから、米穀の出荷時期である秋季を除いて需要は低迷した。年間輸送量は最盛期においても10万t程度に留まり、1957年（昭和32年）以降定期貨物列車の運用は消滅した。1961年（昭和36年）8月当時における運行ダイヤは、五泉 - 村松間28往復、村松 - 加茂間14往復で、加えて東加茂発村松行の不定期列車が1本設定されていた。所要時分は五泉 - 村松間が8分（表定速度31.5km/h）、村松 - 加茂間17.7kmが42分30秒（表定速度25km/h）であった。その他、不定期の貨物列車が設定されていた。また蒲原鉄道線は自然災害とも無縁ではなく、1963年（昭和38年）1月の「三八豪雪」においては全線が約1ヶ月間にわたって不通となり、また1967年（昭和42年）8月の「羽越豪雨」と1969年（昭和44年）8月の「加茂市水害」の二度にわたって水害に見舞われ、道床流出など全線で甚大な被害を蒙ったものの、その都度復旧工事が行われた。
名目上は渋川市北部と前橋市街地を結ぶ路線であるが、全体には古い街道や、新道開通でメインルートを外れた旧道筋を継ぎ合わせ、迂回させた状態でまとめて県道指定された一貫性のないルート構成となっている。拠点間路線として単独機能しているのは前橋市富士見地区以南のみである。渋川市内に含まれる区間での錯綜したルートと狭隘区間散在は、県道らしからぬ特異な状況を形成している。大型車は通過不可能な区間もあり、ただ単に津久田駅方面から国道353号や前橋方面に抜けるのであれば、群馬県道255号下久屋渋川線などを利用する方が無難である。起点から国道353号と重複するまでの区間（旧赤城村内）では、歩道付きのゆとりある区間もあれば、幾度となく右左折を繰り返す区間や、道幅1車線程度の山道もあるなど、大変変化に富んでいる。途中他の県道と重複するが、その間番号が若いにもかかわらず案内標識では県道151号の表示はなされていないので注意が必要である。沿道には古い石の道標や戦前の道路改良記念碑、昭和30年代以前架橋の古い橋などが見られ、道筋自体の古さがうかがわれる。とりわけ凄絶なのは、起点の津久田駅から南方の敷島駅に至るまで利根川河岸の東側傾斜地を大迂回していく渋川市赤城町長井小川田付近である。県道157号と合流する交差点は、「通過困難な酷道交差点」として知られる京都市山間部の国道477号・百井別れ交差点を彷彿とさせる、急角度・急勾配の逆トの字型合流点である。合流路線である157号が対向2車線であるため、終点側からの交差点通過は本家の百井別れほど困難ではない。だがここから沼尾川の谷に降りると、津久田方面に向けて架橋された関下橋の幅員は実効2m未満に過ぎず、橋の欄干に設置された高いフェンスと相まって、生活道路として辛うじて機能する程度の狭隘路となっている。前橋市富士見町山口で国道353号と別れた後は赤城山の麓を南下する。江戸時代の「沼田街道」の宿場町であった富士見町米野からは県道34号渋川大胡線との重複区間となって東進、富士見町田島交差点で34号と分かれて前橋市街地へと南下する。原之郷交差点から北代田町交差点にかけてはロードサイドショップが並び、夕刻には青柳交差点を中心として慢性的な渋滞を引き起こしている。桃ノ木川を渡って前橋市街地北端・日吉町の終点に至る。若宮町四丁目交差点から田島交差点までの区間を「石井県道」と呼称されている。田島交差点から更に北方の富士見町石井へ連なる道であるため地元で定着した通称であるが、前橋から石井への街道のうち、田島から北は前橋市道となっており、石井地区には県道が通過していない。