Nan'yo si trova nel sud della prefettura di Yamagata, lungo il corridoio dello Yamagata Shinkansen, offrendo alla città un accesso ferroviario diretto all'area di Tokyo e alle principali fermate attraverso il Tohoku interno. La città ha una sola importante stazione ferroviaria a lunga percorrenza, la stazione di Akayu, ed è servita da JR East e Yamagata Railway. Akayu è la stazione ferroviaria chiave per i biglietti del treno che coinvolgono Nan'yo e l'area circostante di Okitama.
JR East gestisce i servizi Yamagata Shinkansen Tsubasa e i treni convenzionali della Ou Main Line attraverso la stazione di Akayu. Yamagata Railway gestisce la Flower Nagai Line da Akayu verso le comunità locali nella parte occidentale della regione di Okitama. A Nan'yo non esiste un servizio ferroviario aeroportuale dedicato, quindi i passeggeri ferroviari di solito si collegano tramite Yamagata o altri punti di trasporto regionali per l'accesso all'aeroporto.
Le tratte ferroviarie da Nan'yo vanno a sud verso Yonezawa, Fukushima, Koriyama e Tokyo, a nord verso Kaminoyama-Onsen, Yamagata e Shinjo, e a ovest sulla Flower Nagai Line verso Miyauchi, Nagai e Arato. Prenota online i treni da e per Nan'yo su Rail Monsters.