Valladolid é um importante hub ferroviário em Castela e Leão, situado no corredor de alta velocidade de Espanha entre Madrid e o norte. A cidade tem uma principal estação de comboios de longa distância, Valladolid-Campo Grande, e é servida pela Renfe e pela Ouigo España. O seu papel ferroviário é mais forte na linha de alta velocidade Madrid - Valladolid, que continua em direção a León, Palência, Burgos e à costa cantábrica.
Os serviços a partir de Valladolid incluem comboios AVE de alta velocidade, comboios de longa distância Alvia que continuam para além da rede de alta velocidade, serviços regionais de alta velocidade Avant, comboios regionais Media Distancia e serviços selecionados de alta velocidade da Ouigo España. Valladolid-Campo Grande é a principal estação de comboios para os comboios de Valladolid, gerindo tanto serviços reservados de longa distância como partidas regionais por toda Castela e Leão.
As rotas ferroviárias a partir de Valladolid seguem para sul em direção a Madrid e Segóvia, para norte em direção a Palência e León, para nordeste em direção a Burgos e ao País Basco, e para oeste em direção a Salamanca. Outras cidades de destino importantes incluem Santander, Gijón, Bilbao e Ávila, dependendo do serviço e do padrão de ligação. Reserve online comboios de e para Valladolid na Rail Monsters.