La desserte voyageurs du Grand Duché est conséquente, avec un cadencement quasi généralisé de l'offre. 

La desserte sur Luxembourg – Ettelbrück – Trois Vierge – Gouvy (ligne 10) :
Un train IR par heure sur Luxembourg – Ettelbrück – Trois Vierges, certains prolongés à GouvyUn omnibus à la demi heure sur Luxembourg Ettelbrück, dont un par heure prolongé à WiltzAu moins une navette par heure d’Ettelbrück à Diekirch.
Au niveau international, l’offre comprend sur cette ligne un IC Luxembourg – Liège - Liers toutes les deux heures, assurés en rame tractée, HLE 13 SNCB ou série 3000 CFL en tête. Ces trains circulent alternativement avec les IR Luxembourg – Trois Vierges 

La desserte sur Luxembourg – Wasserbillig - Trier (ligne 30) :
Un RB par heure Luxembourg – Wasserbillig et un RE toutes les deux heures Luxembourg – Wasserbillig, avec renforcement à l’heure à certaines périodes de la journée. Cette ligne est également desservie par 5 AR IC Luxembourg – Dortmund, 4 étant même prolongés jusque Norddeich Mole. Assurés en matériel DB, BR 181-1 en tête.  

La desserte sur Luxembourg – Arlon (ligne 50)
Un RB Luxembourg – Kleinbettingen par heure. Cette desserte était assuré jusqu’en décembre 2005 par des autorails 2100 des CFL. Depuis, les CFL ont mis sur cette liaison des VT628, les 2100 ayant été revendus à la région Lorraine. Pour la Belgique, il existe quelques trains RB Luxembourg – Kleinbettingen – Arlon, assurés en automotrices classiques de la SNCB. Pour Bruxelles, il existe une offre IC à l’heure Luxembourg – Bruxelles-Midi, complétée par des IC ou EC un peu plus rapide, assurant une desserte moins fine. 

La desserte Luxembourg – Esch – Pétange – Rodange par Bettembourg (ligne 60)
La desserte Sud Luxembourg est plus conséquente. Elle est assurée à la demi-heure par les trains RE Luxembourg – Bettembourg – Noertzange - Esch – Pétange – Rodange, certains continuant jusque Athus. A Bettembourg, des navettes assurent la liaison vers Dudelange prolongés Volmerange les Mines. En pointe, il existe néanmoins quelques Luxembourg – Dudelange - Volmerange. A Noertzange, des navettes assurent la correspondance pour Rumelange.Audun le Tiche est desservie par des RB origine Esch sur Alzette, ou Luxembourg, en fonction du moment de la journée. 

La desserte Luxembourg – Pétange par Dippach (ligne 70)
Itinéraire plus court que la ligne 70 pour relier Luxembourg – Pétange, il est parcouru par les RE et RB Luxembourg – Pétange – Rodange, certains prolongés Longwy ou même Longuyon. A noter qu’il existait le matin, un Nancy – Jarny – Longwy – Luxembourg, celui-ci a été séparé en deux lors de la refonte horaire du sillon mosellan en décembre 2005. 

La desserte Luxembourg – Metz – Nancy-Ville
Axe à fort trafic, l’offre a été profondément réaménagée en décembre 2005. La Région Lorraine a ainsi, renforcé l’offre qui est de 15 à de 31 aller-retour/jour Metz – Luxembourg, une grande majorité étant amorcé à Nancy. En pointe, circule en sus un aller-retour Luxembourg – Thionville – Hayange.Les TER2N NG Région Lorraine et CFL assurent la plupart des trains. Elles sont appuyées par les RIO rénovées. Les Z 6300 ont profondément perdues du terrain, tandis que les Z 11500 ou Z 2000 n’apparaissent plus sur ces dessertes. Les week-end d’hiver, un TER assure une desserte directe Luxembourg – Remiremont. Assuré traditionnellement par EAD, il est depuis l’hiver 2005/2006 assuré par les TER2N NG. 

Les trains de nuit
La suppression progressivement des trains de nuit en 2001/2002 au départ de la Belgique et des Pays-Bas a privé Luxembourg-Ville de liaisons directes nocturnes vers Narbonne, Zurich, Chur, Bellinzona, Milano, Venezia, Firenze, Roma, Ancona, Rimini. Aujourd’hui, seul le Lorazur assure une desserte quotidienne entre Luxembourg, Marseille et Nice. Il est inclus dans le service Lunéa de la SNCF et , voitures couchettes 1 et 2eme classe et sièges inclinables. La voiture lits a été supprimée en décembre 2007.