Nan'yo se encuentra en el sur de la prefectura de Yamagata, en el corredor del Yamagata Shinkansen, lo que brinda a la ciudad acceso ferroviario directo al área de Tokio y a las principales paradas a lo largo del interior de Tohoku. La ciudad tiene una estación principal de larga distancia, Akayu Station, y está servida por JR East y Yamagata Railway. Akayu es la estación clave para billetes de tren relacionados con Nan'yo y la zona circundante de Okitama.
JR East opera servicios Yamagata Shinkansen Tsubasa y trenes convencionales de la línea principal Ou a través de Akayu Station. Yamagata Railway opera la línea Flower Nagai desde Akayu hacia comunidades locales en la parte occidental de la región de Okitama. No existe un servicio ferroviario dedicado al aeropuerto en Nan'yo, por lo que los pasajeros ferroviarios suelen hacer transbordo a través de Yamagata u otros puntos de transporte regionales para acceder al aeropuerto.
Las rutas ferroviarias desde Nan'yo van hacia el sur a Yonezawa, Fukushima, Koriyama y Tokio, hacia el norte a Kaminoyama-Onsen, Yamagata y Shinjo, y hacia el oeste en la línea Flower Nagai a Miyauchi, Nagai y Arato. Reserva trenes desde y hacia Nan'yo online en Rail Monsters.