Kitakami es un nudo ferroviario en el sur de la prefectura de Iwate, situado en el corredor del Shinkansen Tohoku entre Sendai y Morioka. La ciudad cuenta con una estación principal de tren interurbano, Kitakami Station, donde JR East combina servicios de tren bala con rutas ferroviarias convencionales. Esto convierte a Kitakami en una parada práctica para viajar por el norte de Tohoku, más que en una ciudad terminal.
Los servicios desde Kitakami incluyen trenes bala Yamabiko en el Shinkansen Tohoku, trenes regionales en la Tohoku Main Line y servicios locales en la Kitakami Line hacia el interior de la prefectura de Akita. Kitakami Station es la principal estación de tren para viajes de larga distancia, transbordos regionales y conexiones entre el Shinkansen y los servicios locales de JR East.
Las rutas ferroviarias desde Kitakami parten hacia el sur en dirección a Ichinoseki, Sendai, Utsunomiya, Omiya y Tokio, hacia el norte a Shin-Hanamaki y Morioka, y hacia el oeste a través de las montañas Ou hasta Yokote. Los trenes a Kitakami también enlazan la ciudad con otros centros ferroviarios de Tohoku en la red de JR East. Reserva trenes desde y hacia Kitakami en línea con Rail Monsters.