מסילת הרכבת יפו–ירושלים
ההחלטה על חידוש הקו > כשלים בביצוע הפרויקט > לאחר פתיחת הקו המחודש

המקטע הראשון של המסילה המחודשת נפתח ב-13 בספטמבר 2003 עת נפתחה תחנת הרכבת בית שמש המחודשת. התושבים שהחלו להשתמש בתחנה התלוננו על מחיר הנסיעה הגבוה שנגבה מהם ועל אי עמידה בזמנים של הרכבות. המקטע השני נפתח ב-9 באפריל 2005 עם פתיחת תחנת הרכבת ירושלים מלחה. חידוש הקו זכה לכיסוי עיתונאי נרחב, וראש הממשלה אריאל שרון ושר האוצר בנימין נתניהו אף בחנו בעצמם את הנסיעה בקו.
מיד עם פתיחת הקו המחודש התברר שמשך הנסיעה לא התקצר כלל ועדיין אורך כשעה וארבעים דקות (כחצי שעה יותר מהצפוי, כמעט כפליים מהנסיעה בכביש ופי שניים וחצי בהשוואה לנסיעה בקו החדש). על חגיגות הפתיחה של הקו העיבו גם חריגות התקציב בפרויקט, שהסתכם בכ-540 מיליון ש"ח במקום כ-330 מיליון ש"ח, וגם העובדה שכל ההשקעה יועדה לפרויקט שממילא עתיד להיות מוחלף. התברר גם שהקרונות והקטרים הנוסעים בקו ניזוקים מהעיקולים של תוואי המסילה. עשרות שלדות של רכבות נשחקו ותיקונן נאמד בעשרות מיליוני שקלים. שוב הוגבלה המהירות במקטעים מסוימים במסילה ל-25 קמ"ש ונאסר השימוש במערכי בומברדיה דאבל דק קוץ', קרונות מו-דו החד קומתיים של אלסטום, סימנס ויאג'ו לייט או מערך נגרר אחר בעקבות הנזק שגרמו העיקולים החדים במסילה לציוד. בקו פעלו אך ורק רכבות IC3 תוצרת ABB Scandia בעקבות יתרונם במסילות משופעות בהשוואה לקטרים והמרחק הקטן בין חוגוני המערך בהשוואה לקרונות נגררים, דבר המפחית משמעותית את שחיקת הקרונות בעיקולים החדים. בשל כך רבו המקרים של אי עמידה בלוחות הזמנים של הרכבות מירושלים לבית שמש. הכדאיות של הנסיעה בקו הייתה נמוכה מהצפוי, ורק בחגים נעשה בו שימוש המוני.
כשנה לאחר חידוש השירות, התגלה כי רוב המשתמשים בקו הם תושבי בית שמש הנוסעים לירושלים ולתל אביב. בשל כך, ובניסיון להתגבר על אי העמידה בלוחות הזמנים של הרכבות, יצא לפועל בסוף 2006 לוח זמנים חדש, ובו פוצל הקו לירושלים לשני קווים – האחד ירושלים – בית שמש, והשני מבית שמש מערבה (לכיוון תל אביב דרך רמלה ולוד). בשל הפיצול ירדה עוד יותר הכדאיות של נסיעה ברכבת בין ירושלים ותל אביב, שהצריכה החלפה בתחנת הרכבת בית שמש. לאורך שנת 2006 ההחלפה בתחנת בית שמש ארכה כ-50 דקות בכיוון דרום בשעות הבוקר ובכיוון צפון בשעות הערב, כך שזמן הנסיעה התארך משמעותית עבור הנוסעים בכיוונים ובשעות הללו. כך הפכה הנסיעה ברכבת ממישור החוף לירושלים למסורבלת וארוכה עוד יותר משהייתה לפני שדרוג הקו, למרות ההשקעה הכספית העצומה. אף על פי שבאמצע שנת 2007, בעקבות שינוי שנערך בקו (מפגשי הרכבות עברו להתבצע בתחנת הרכבת התפעולית בר גיורא), פחת זמן ההמתנה בכל הכיוונים ובכל השעות ל-4 דקות בלבד, עדיין קו הרכבת לירושלים לא הפך לפופולרי בקרב הנוסעים.
ב-15 במרץ 2008 חודש שירות הרכבות הישירות בין ירושלים לתל אביב, אם כי באופן שיתאם את כמות הנוסעים הנמוכה-יחסית (שעות פעילות מצומצמות, תדירות רכבות נמוכה).
בדצמבר 2013 פקדה סערת שלג קשה את ירושלים ושירותי האוטובוסים חדלו לפעול. הרכבת נותרה כדרך היחידה לעזוב את העיר ומאות נוסעים הלכו ברגל מרחבי העיר אל התחנה במלחה.
ב-24 בספטמבר 2017 פוצל שוב הקו, האחד קו הרצליה – תל אביב – בית שמש, והשני קו ירושלים – בית שמש. בימי שישי ומוצ"ש לא היה פעיל הקו, והקו תל אביב–ירושלים הופעל כרגיל.
בתחילת 2018 הציע שר התחבורה ישראל כץ תוכנית הקמת רכבת קלה מבית שמש לירושלים על התוואי המסילה הקיימת. רכבת ישראל הפעילה בעבר במספר מקרים נסיעות מיוחדות בקו בעת שנערכו אירועי ספורט גדולים באצטדיון טדי או בארנה כגון גמר גביע המדינה או המכביה ועוד.
במרץ 2020 הופסקה תנועת הרכבות בין בית שמש לירושלים ביחד עם תנועת רכבות הנוסעים בכל הארץ כחלק מהגבלות שהטילה הממשלה על התחבורה הציבורית עקב התפשטות נגיף הקורונה, הקו נשאר מושבת גם אחרי 22 ביוני 2020, כאשר חזרה הרכבת לפעול. במסגרת ההתמודדות עם המשבר הכלכלי הנוצר עקב נגיף הקורונה, משרד האוצר הציע לבטל את הקו עקב כמות הנוסעים הנמוכה בו והוא אכן בוטל.
ב-2020 נפתח פארק המסילה בחלק ההיסטורי של המסילה אשר עבר בסמוך לשכונת נווה צדק.
נכון לשנת 2024 לא מתוכנן לחדש את שירות הרכבות במסילה זו לתחנות ירושלים הישנות אך יש תכנון ראשוני לחבר אותן ואת המסילה לקו המהיר לירושלים.