מסילת הרכבת יפו–ירושלים
השימוש במסילה – עד 1948

עם פתיחת קו הרכבת יפו-ירושלים הנסיעה בו ארכה ארבע שעות, שעתיים מעל התכנון המוקדם. מדי יום יצאה רכבת נוסעים אחת בכל כיוון – בבוקר מירושלים ואחרי-הצהריים מיפו. כשנתיים לאחר מכן, משך הנסיעה התארך לשש שעות. בשנת 1913 המסע ברכבת שוב ארך ארבע שעות, והדבר אפשר את הפעלתן של שתי רכבות מדי יום בכל כיוון. הנסיעה האטית הולידה בדיחה שברכבת נתלו שלטים שהזהירו את הנוסעים שלא לרדת לקטוף פרחים בזמן הנסיעה. אנריקו לואיג'י פסטה, חוקר טבע שביקר בישראל, יצא ב-14 במרץ 1893 לכיוון ירושלים ותיאר את הנסיעה כקשה ומטלטלת עד כי התחרט שלא יצא לירושלים רכוב על סוסים.
בשנות ההפעלה הראשונות התגלו קשיים תפעוליים שונים לצד אי־כדאיות כלכלית, אך במשך הזמן עלתה ריווחיות הרכבת. לצד רכבות הנוסעים (שתרמו כ־60% מההכנסות) פעלו בקו גם רכבות משא, שהובילו סחורות לירושלים. תפעול רכבות משא בקו נתקל בקשיים, בשל העובדה שרכבות המשא מירושלים ליפו נותרו ריקות. תפעול הרכבת היה מותנה באספקת מים בנקודות שונות בתוואי המסילה לצורך יצירת הקיטור הדרוש להנעת הקטר, דבר שהיווה קושי תפעולי בתקופות יבשות. היה צורך גם בריכוז מצבורי עץ יבש לצורך חומר הבערה ליצירת הקיטור. למרות מהירות הנסיעה האיטית של הרכבת (כ־25 קמ"ש), הנסיעה בה בין יפו לירושלים הייתה נוחה ומהירה בהרבה מאשר הנסיעה בעגלות, ועל כן הובילה הפעלתה עד מהרה למשבר קשה בקרב בעלי העגלות. בעוד בעלי העגלות ניסו להוזיל את המחירים על מנת למשוך את האוכלוסייה הענייה, פתחה הרכבת מחלקה שלישית כתחרות על מגזר זה.
עם פרוץ מלחמת העולם הראשונה נמצאו האימפריה העות'מאנית וצרפת משני צדי המתרס. מסילת הברזל הופקעה מידי החברה הצרפתית שהפעילה אותה והקו הושבת. המסילה שבין יפו ללוד פורקה, על מנת לסייע במאמץ סלילת המסילה המזרחית, שנבנתה מטולכרם בצפון ארץ ישראל לכיוון באר שבע וחצי האי סיני, מסילה שנועדה לסייע למאמץ המלחמתי הטורקי־גרמני לכיוון תעלת סואץ. המסילה הגיעה רק עד לקוסיימה שבחצי האי סיני משום המהפך במלחמה – מעבר הבריטים למתקפה לכיבוש חצי האי סיני וארץ ישראל. על רקע זה נבנתה בשנת 1915 ואדי צראר (כיום, במפגש הנחל עם כביש 3), היא תחנת "הצומת", נקודת המפגש של המסילה המזרחית עם מסילת יפו–ירושלים. בשל כך בוטלה תחנת סג'ד הסמוכה לה. חלק המסילה שלא פורק (מלוד לירושלים) הורחב במהלך תקופה זו מרוחב של 100 ס"מ לרוחב של 105 ס"מ, שהיה הרוחב הסטנדרטי במסילות שנסללו עד אז במזרח התיכון.
ב־1918, לאחר כיבוש ירושלים על ידי הבריטים, נבנתה מסילה צרה סמוך לקצה הקו לכיוון אל־בירה, שנועדה לסיוע למאמץ הבריטי מצפון לירושלים. בשל הצלחת הבקעת קו ההגנה הטורקי וההתקדמות המהירה של הכוחות הבריטים התבטל הצורך במסילה, והיא פורקה בסוף 1918. במהלך המלחמה, לאחר כיבושה של יפו, נסללה בזריזות על ידי הכוחות הבריטיים מסילה צרה ברוחב 60 ס"מ מנמל יפו ועד תחנת לוד, על תוואי המסילה הצרפתית שפורקה על ידי הטורקים, על מנת לסייע לוגיסטית לכוחות הלוחמים. המסילה שימשה להובלת כ־700 טון ציוד ליום בתקופת המלחמה. בצומת סרונה, נקודה שבה נבנתה לאחר מכן תחנת הרכבת תל אביב ליד בית הדר, התפצלה מסילה צבאית צרה שהגיעה לאזור גלילות, ונועדה לסייע למאמץ הצבאי הבריטי. עם התקדמות הכוחות צפונה פחתה חשיבותה של מסילה זו, והיא פורקה.
בהמשך מלחמת העולם הראשונה ולאחר סיומה, נסללה מחדש המסילה לכל אורכה לפי הרוחב "התקני" (שהיה רחב יותר – 1,435 מילימטר). בסתיו 1920 הושלמה הסבת קטע יפו–לוד. תחילה נוסף למסילה פס שלישי, על מנת לאפשר שימוש בציוד בריטי וציוד שלל טורקי גם יחד, שהותאמו לרוחבי מסילה שונים, ובשלב מאוחר יותר פורק הפס שאפשר תנועת ציוד מותאם לרוחב צר.
עם החלת המנדט הבריטי, הקו הופעל ותוחזק על ידי הרכבת המנדטורית (החברה הבריטית שניהלה את פעילות הרכבות בשטחי המנדט), לאחר תשלום פיצוי לבעלי המניות של החברה הצרפתית שממנה הופקעה המסילה. הקו שהחל להיסלל בימי העות'מאנים נמתח בימי הבריטים עד קהיר שבדרום ועד ביירות שבצפון. כך קושרה מסילת הרכבת יפו–ירושלים למסילת קהיר–ביירות ולמסילת רכבת העמק, שכולן הופעלו על ידי הרכבת המנדטורית.
בין השנים 1946–1947 ספגה המסילה פגיעות רבות כתוצאה מפעילות חבלנית, הן מצד כנופיות ערביות שפעלו במרחב פרוזדור ירושלים והן מצד חברי המחתרות שהתאגדו לתנועת המרי העברי.