Valladolid è un importante snodo ferroviario in Castiglia e León, situato sul corridoio ferroviario ad alta velocità della Spagna tra Madrid e il nord del paese. La città ha una sola principale stazione ferroviaria a lunga percorrenza, Valladolid-Campo Grande, ed è servita da Renfe e Ouigo España. Il suo ruolo ferroviario è più forte sulla linea ad alta velocità Madrid - Valladolid, che prosegue verso León, Palencia, Burgos e la costa cantabrica.
I servizi da Valladolid includono treni AVE ad alta velocità, treni a lunga percorrenza Alvia che proseguono oltre la rete ad alta velocità, servizi regionali ad alta velocità Avant, treni regionali Media Distancia e selezionati servizi ad alta velocità Ouigo España. Valladolid-Campo Grande è la principale stazione ferroviaria per i treni da Valladolid, con servizi a lunga percorrenza prenotati e partenze regionali in tutta Castiglia e León.
Le tratte ferroviarie da Valladolid si dirigono a sud verso Madrid e Segovia, a nord verso Palencia e León, a nord-est verso Burgos e i Paesi Baschi, e a ovest verso Salamanca. Altre importanti città di destinazione includono Santander, Gijón, Bilbao e Ávila, a seconda del servizio e della combinazione di coincidenze. Prenota online i treni da e per Valladolid su Rail Monsters.