In oktober 1878 neemt de Spoorweg-Maatschappij Leiden-Woerden de verbinding tussen beide steden in gebruik. De exploitatie wordt verzorgd door de NRS. De spoorlijn is de eerste decennia vooral in gebruik voor het lokale goederenvervoer en kent weinig passagierstreinen. Na de oorlog wordt het reizigersvervoer steeds belangrijker. Om de treindienst te versnellen is de spoorlijn in 1950 geëlektrificeerd. Het traject blijft grotendeels enkelsporig.
Na pogingen van verschillende spoorwegmaatschappijen gaat de concessie voor een spoorlijn tussen Woerden en Leiden naar de Spoorweg-Maatschappij Leiden-Woerden. In tegenstelling tot de eerdere plannen, komt de nieuwe verbinding ten zuiden van de Oude Rijn te liggen. De LW neemt de spoorlijn in oktober 1878 in gebruik. De exploitatie wordt verzorgd door de NRS.
De spoorlijn is in 1950 geëlektrificeerd. De verbinding blijft hierbij enkelsporig. Om de capaciteit van het baanvak uit te breiden is in 1985 bij Zoeterwoude een passeerspoor aangelegd.
Dienstregeling
Na de opening van de spoorlijn laat de NRS dagelijks enkele treinen tussen Leiden en Harmelen rijden. De treindienst is enkele jaren later doorgetrokken tot Utrecht. Het aantal treinen groeit langzaam tot zo’n tien per dag. Eind jaren ’30 verhoogt NS de frequentie naar een uurdienst tussen Leiden en Woerden. Het ene uur rijdt de trein door naar Amsterdam Weesperpoort en het andere uur naar Utrecht. Bovendien rijden vanaf 1934 enkele treinen van de nieuwe verbinding tussen Gouda en Alphen aan den Rijn van en naar Leiden.
Na de elektrificatie van het baanvak laat NS de treinen tussen Leiden en Utrecht in een starre uurdienst rijden. Vanaf mei 1968 exploiteert NS het baanvak met het oog op Spoorslag ’70 als ‘modellijn’. Naast de modernisering van stations en de inzet van nieuwe gele Plan V-treinstellen is de treindienst uitgebreid met een sneltreindienst die alleen in Alphen aan den Rijn en Woerden stopt.
Wanneer de nieuwe dienstregeling van Spoorslag ’70 van start gaat, verdwijnt de sneltreindienst weer en laat NS elk half uur een stoptrein tussen Leiden en Utrecht rijden. Na de opening van het passeerspoor bij Zoeterwoude zet NS tijdens de spitsuren weer enkele rechtstreekse treinen tussen Leiden en Gouda in. Vanaf december 2002 laat NS tijdens de avondspits drie sneltreinen van Utrecht naar Leiden rijden. Deze treinen stoppen alleen in Alphen aan den Rijn en Leiden Lammenschans.
In december 2006 laat NS alle treinen tussen Utrecht en Leiden als intercity rijden. Het enige verschil met de voorgaande dienstregelingen is dat de treinen de haltes tussen Utrecht en Woerden overslaan. Tegelijkertijd vervallen de extra spitssneltreinen. In december 2016 wordt de spitsdienst tussen Leiden en Gouda ingekort tot Alphen aan den Rijn. In december 2021 koppelt NS de intercitydienst in Utrecht aan de sprinterdienst naar ‘s-Hertogenbosch. In de spits rijdt elk halfuur een sprinter Leiden – Utrecht – Houten Castellum.
Materieelinzet
Hoewel NS eind jaren ’30 plannen heeft de moderne Dieseldrieën ook tussen Utrecht en Leiden in te zetten, duurt het nog tot 1950 voordat de stoomtractie van het baanvak verdwijnt. De extra treinen tussen Leiden en Gouda rijden in de jaren ’30 wel met motorrijtuigen. Na de elektrificatie van het baanvak neemt het Materieel ’46 de treindienst over. Ook ander elektrisch stroomlijnmaterieel verschijnt op het baanvak. Vanaf mei 1968 zet NS het nieuwe Materieel ’64 tussen Leiden en Utrecht in. Hoewel de gele treinstellen speciaal zijn geselecteerd voor de inzet op de modellijn, verschijnen uiteraard ook groene treinstellen op het baanvak. De inzet van de treinstellen duurt ruim 38 jaar.
Wanneer het traject in december 2006 aan het intercitynetwerk is toegevoegd, zet NS voornamelijk DD-IRM in tussen Leiden en Utrecht. Van 2008 tot eind 2012 rijdt een aantal treinen met ICM-treinstellen. In de zomer van 2013 nemen de treinstellen vrijwel de complete treindienst op het traject over. Omdat de treinen door beperkte perronlengtes vooral in de spits te weinig capaciteit kunnen bieden, rijdt NS vanaf eind 2013 weer een aantal treinen met het Interregiomaterieel. In september 2014 verdwijnt het ICM van het baanvak en nemen DDZ-treinstammen een deel de treindienst over. Ruim een jaar later rijdt NS vrijwel alle treinen weer met het DD-IRM en later weer met ICM.
Na enkele jaren met wisselend intercitymaterieel rijdt NS de treinen vanaf 2020 regelmatig met sprintermaterieel. Vanaf december 2021 rijden de SLT-treinstellen planmatig alle treinen op de verbinding.
De Hollandsche IJzeren Spoorweg-Maatschappij krijgt in 1860 de eerste concessie voor de aanleg van een spoorlijn van Leiden naar Woerden. In 1862 begint de spoorwegmaatschappij in Leiden de bouw van de brug over de Zijl. Korte tijd later wordt de aanleg van de spoorlijn na overheidsbemoeienis gestaakt. Ruim tien jaar later gaat een nieuwe concessie voor een spoorlijn tussen Woerden en Leiden naar de Spoorweg-Maatschappij Leiden-Woerden. In tegenstelling tot het ontwerp van de HSM en latere plannen, komt de nieuwe verbinding ten zuiden van de Oude Rijn te liggen. In 1887 zijn de bruggenhoofden en middenpijler van de onvoltooide brug over de Zijl gesloopt.
Op de foto boven dit artikel: In 1968 is het traject Utrecht – Leiden de zogenaamde ‘modellijn’ voor de nieuwe huisstijl van NS. Ter gelegenheid van het 50-jarig jubileum van de huisstijl is in het Spoorwegmuseum een tentoonstelling te zien. Voorafgaand aan de opening rijdt museum-Plan V 876 op 26 mei 2018 nog eenmaal over de modellijn van Leiden naar Utrecht. Het treinstel rijdt hier even ten oosten van Bodegraven.