Valladolid jest ważnym węzłem kolejowym w Kastylii i León, położonym na hiszpańskim korytarzu dużych prędkości między Madrytem a północą kraju. Miasto ma jeden główny dworzec dalekobieżny, Valladolid-Campo Grande, i obsługiwane jest przez Renfe oraz Ouigo Espana. Jego rola kolejowa jest najsilniejsza na linii dużych prędkości Madryt - Valladolid, która biegnie dalej w kierunku León, Palencii, Burgos i wybrzeża Kantabrii.
Połączenia z Valladolid obejmują szybkie pociągi AVE, dalekobieżne pociągi Alvia, które kontynuują trasę poza siecią dużych prędkości, regionalne połączenia dużych prędkości Avant, regionalne pociągi Media Distancia oraz wybrane połączenia dużych prędkości Ouigo Espana. Valladolid-Campo Grande to główny dworzec dla pociągów z Valladolid, obsługujący zarówno rezerwowane połączenia dalekobieżne, jak i regionalne odjazdy w całej Kastylii i León.
Trasy kolejowe z Valladolid prowadzą na południe do Madrytu i Segowii, na północ do Palencii i León, na północny wschód do Burgos i Kraju Basków oraz na zachód do Salamanki. Inne ważne miasta docelowe to Santander, Gijon, Bilbao i Avila, w zależności od połączenia i układu przesiadek. Zarezerwuj pociągi z i do Valladolid online w Rail Monsters.