Valladolid es un centro ferroviario clave en Castilla y León, situado en el corredor de alta velocidad de España entre Madrid y el norte. La ciudad cuenta con una estación principal de larga distancia, Valladolid-Campo Grande, y está servida por Renfe y Ouigo España. Su papel ferroviario es más fuerte en la línea de alta velocidad Madrid - Valladolid, que continúa hacia León, Palencia, Burgos y la costa cantábrica.
Los servicios desde Valladolid incluyen trenes AVE de alta velocidad, trenes Alvia de larga distancia que continúan más allá de la red de alta velocidad, servicios regionales de alta velocidad Avant, trenes regionales Media Distancia y determinados servicios de alta velocidad de Ouigo España. Valladolid-Campo Grande es la principal estación de tren para los trenes desde Valladolid, y gestiona tanto servicios reservados de larga distancia como salidas regionales por toda Castilla y León.
Las rutas ferroviarias desde Valladolid van hacia el sur, en dirección a Madrid y Segovia; hacia el norte, a Palencia y León; hacia el noreste, a Burgos y al País Vasco; y hacia el oeste, a Salamanca. Otras ciudades destino importantes incluyen Santander, Gijón, Bilbao y Ávila, según el servicio y el patrón de conexión. Reserva trenes desde y hacia Valladolid online en Rail Monsters.