Nan'yo se situe dans le sud de la préfecture de Yamagata, sur le corridor du Shinkansen de Yamagata, offrant à la ville un accès ferroviaire direct à la région de Tokyo et aux principales gares à travers le Tohoku intérieur. La ville compte une principale gare ferroviaire longue distance, Akayu Station, et est desservie par JR East et Yamagata Railway. Akayu est la gare clé pour les billets de train impliquant Nan'yo et la région environnante d'Okitama.
JR East exploite les services Yamagata Shinkansen Tsubasa et les trains classiques de la Ou Main Line via Akayu Station. Yamagata Railway exploite la Flower Nagai Line depuis Akayu en direction des communautés locales situées dans la partie ouest de la région d'Okitama. Il n'existe pas de service ferroviaire dédié à l'aéroport à Nan'yo, donc les voyageurs en train passent généralement par Yamagata ou d'autres points de transport régionaux pour accéder à l'aéroport.
Les itinéraires ferroviaires au départ de Nan'yo partent vers le sud en direction de Yonezawa, Fukushima, Koriyama et Tokyo, vers le nord en direction de Kaminoyama-Onsen, Yamagata et Shinjo, et vers l'ouest sur la Flower Nagai Line en direction de Miyauchi, Nagai et Arato. Réservez en ligne les trains à destination et au départ de Nan'yo sur Rail Monsters.