1949年6月7日，军委铁道部太原铁路管理局成立，并发布局令：“奉中国人民革命军事委员会铁道部卯世电令：‘太原解放，石家庄铁路管理局应与同蒲铁路管理局合并组成太原铁路管理局，驻地为太原。‘ 1950年7月24日，太原铁路管理局依据铁道部于同年5月20日颁布的《铁路管理局及分局试行组织条例(草案)》指规定，发布“命令成立太原、石家庄、临汾三个管理分局及其辖区”。 同年8月16日，正式成立太原分局，直辖石太线南峪至娘子关间69公里以西，同蒲北线(忻窑支线、白家庄支线在内)。 1951年8月9日，铁道部发出《为天津、太原两局合并为天津铁路管理局命令》：“兹经呈奉中央财政经济委员会批准，本部为了适应铁路业务发展需要，决定自本年八月份起，将天津铁路管理局与太原铁路管理局合并为天津铁路管理局，限于九月份合并完竣。”管理局驻天津，下设天津、北京、张家口、石家庄、太原、临汾等6个分局。 同年10月，临汾分局并入太原分局。此时，太原分局管辖界限为：石太线南峪至娘子关间69公里处，南同蒲到风陵渡863公里处．北同蒲宁武至阳方口163公里处。 同年11月，石太线石家庄至大郭村间8公里处以西划归太原分局。 同年12月11日，石太线获鹿至大郭村间15公里处以东划归石家庄分局。 同年12月21日，石太线阳泉至白羊墅间109公里处 以东全部划归石家庄分局管辖。 1952年9月4日，铁道部颁发《关于调整铁路组织机构的决定》，天津铁路管理局被改组为天津、北京、太原三个铁路管理局。 1953年1月1日，太原铁路管理局第二次成立，下设太原、大同、临汾3个运输分局。 1955年10月29日，太原铁路运输分局执行铁道部决定，改名为太原铁路分局，其管界和性质不变。 1958年1月1日，太原局撤销所辖的太原、大同、临汾三个铁路分局，同时撤销分局政治处和分区工会。 1958 年10月1日，太原车务段撤销，太原、阳泉办事处成立。阳泉办事处后于1962年6月撤销并入太原办事处。 1959年1月，铁道部决定将太原铁路局所辖石太线娘子关(不含)以东划归石家庄办事处管辖，石家庄、太原以南峪至娘子关间68公里处划界。太原办事处管辖北同蒲线至段家岭(含)，石太线至北营(含)及管内支线。 1961年10月，铁道部再度改变办事处性质为“不作为一级机构，不指挥行车，内部不设科室，有关人、财、生产指挥、调度工作均集中于铁路局”，只设专职人员(定员9人)。太原局建立太原、太原北、大同、原平、阳泉、介休、临汾等7个车务段，领导三等及以下车站。 1963年2月7日铁道部作出《关于调整铁路运输管理组织的决定》，撤销太原等5个铁路局。同时决定“在一些管辖里程较长、业务量较大的铁路局，撤销办事处，设置铁路分局”。 1963年4月1日起太原办事处正式撤销。同时，在山西境内设置北京铁路局太原(含临汾)、大同2个铁路分局，太原、大同铁路分局管辖区段按原办事处管界划分。太原分局包括原来太原、临汾办事处管辖范围，即北同蒲朔县(含)以南，石太线娘子关(含)以西和南同蒲全线。 1963年7月1日，又将石太线娘子关至赛鱼段划归石家庄分局管辖(太原与石家庄分局以坡头——赛鱼间116公里处划界)。 1967年11月25 日，山西省革命委员会派中国人民解放军正式进驻太原铁路分局，实行“三支两军”，成立军事管制委员会。 1968年9月12日，经山西省革命委员会批准，北京铁路局太原铁路分局革命委员会成立。 1969年11月5日，太原铁路分局革命委员会、军事管制委员会发出《关于改革机构体制、 撤消分局下属40个单位革命委员会和新建、保留18个革命委员会的通知》。同年11月1日起， 实行地区(站区)一元化领导，即成立地区革命委员会，把一个地区内的车务、机务、车辆、工务、 电务、卫生、教育、生活供应等单位并在一起，成立一个“小而全”但又不能独立生产的联合体。 1970年12月3日，交通部发出《关于成立太原铁路局的通知》：“现决定自一九七一年一月 一日起正式成立太原铁路局，下设太原、大同、临汾三个铁路分局。”太原分局脱离北京局，隶属太原局领导。 1973年1月1日，京原线正式通车交付运营，灵丘内燃机务段成立。太原分局与北京分局在灵丘至大涧间234公里处划界。同时，大同分局与太原分局划界由原平改在北同蒲线宁武至凤凰村间168公里处。 1974年10月23日，驻太原铁路局“支左”军代表正式撤出，10月底驻分局军代表也全部撤出，结束了从1967年以来对太原铁路的军事管制。 1975年3月5日，中共中央发出《关于加强铁路工作的决定》，加强党的集中统一领导，健全必要的规章制度，整顿铁路秩序，同各种破坏行为作斗争，确保运输安全正点，实行全国铁路以铁道部领导为主的管理体制。同年4月1日，为了使局界划分同运输区域相适应，铁道部决定将石太线117公里以东划归石家庄分局管辖。 1978年4月18日，铁道部发布《关于整顿机构编制意见(草案)的通知》，规定全路各企事业单位不再设立革命委员会，而分别实行党委领导下的局长(院长、厂长、校长)分工负责制，取消了从分局到基层单位的革命委员会。 1979年4月1日太焦线通车运营，太原分局与新乡分局在襄垣至五阳间207．5公里处划界。 1982年12月8日，根据铁道部、铁道部政治部联合发出的《关于撤销太原铁路局的决定>： “决定自1983年1月1日起撤销太原铁路局，由北京铁路局管理。”北京铁路局增设太原、大同 (自1981年3月1日起)、临汾3个铁路分局。 1988年12月28日，大秦铁路一期工程（大同至河北省三河县大石庄）开通运煤。 1992年12月21日，大同—秦皇岛铁路二期工程及全线开通。 1995年，根据路局《关于调整分局大型站段管理机构和公布副处级建制单位》的文件精神，对基层单位行政机构定员表及职责范围重新进行了修订和公布，调整理顺了多种经营职能机构及下属公司。 2005年3月18日，撤销太原、大同、临汾铁路分局，组建太原铁路局。 2010年，大秦铁路股份有限公司成功收购资产规模328亿元的太原铁路局运输主业资产及相关股权，其中利用公开增发18.9亿股A股股票，募集资金165亿元，创下了资本市场非金融股发行量最大的纪录。
