นับตั้งแต่เปิดอุโมงค์ลิตเทิลตัน บริการรถไฟโดยสารได้ให้บริการแบบผสมผสาน โดยเริ่มแรกวิ่งวันละ 6 เที่ยว จนกระทั่งวันที่ 5 พฤศจิกายน 1872 บริการแบบผสมผสานจึงหยุดลง และมีการกำหนดตารางเวลาใหม่ให้มีรถไฟโดยสารวันละ 5 เที่ยว และเพิ่มเป็นวันละ 7 เที่ยวในวันที่ 9 กุมภาพันธ์ 1876 บริการเหล่านี้ได้รับความนิยมจากนักเรียนที่เดินทางจากลิตเทิลตันไปเรียนที่ไครสต์เชิร์ช และจากคนงานที่เดินทางจากวูลสตันและฮีธโคตไปทำงานที่ลิตเทิลตัน พบว่าการแยกการขนส่งผู้โดยสารและสินค้าส่งผลให้ต้นทุนการดำเนินงานลดลง โดยประหยัดทั้งเชื้อเพลิงและการสึกหรอของเครื่องจักร

การเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นของการจราจรและความเร็วของรถไฟบนเส้นทางนี้ ทำให้จำเป็นต้องลดจำนวนสถานีที่รถไฟโดยสารจอดในปี 1870 เดิมทีรถไฟจะจอดที่สถานีระหว่างทางอย่างฮีธโคต ฮิลส์โบโรห์ (วูลสตัน) และโอปาวา แต่ด้วยการปรับตารางเวลา ทำให้จำนวนสถานีที่จอดที่ฮิลส์โบโรห์ลดลงเหลือเพียงสองสถานีต่อวัน ภายในปี 1874 รถไฟที่ไม่ต้องจอดที่ฮิลส์โบโรห์หรือโอปาวา สามารถเดินทางไปยังไลต์เทิลตันได้ภายใน 15 นาที เวลาให้บริการปกติจะอยู่ระหว่าง 15 ถึง 25 นาที

แรงจูงใจหลักมาจากความต้องการกำจัดควันพิษในอุโมงค์และเพื่อรองรับปริมาณการจราจรที่เพิ่มขึ้น เส้นทางรถไฟจึงถูกติดตั้งระบบไฟฟ้าในปี 1929 ในช่วงเวลาส่วนใหญ่ที่ให้บริการด้วยระบบไฟฟ้า มีรถไฟวิ่งไป-กลับวันละ 20 เที่ยว โดยใช้เวลาเดินทางประมาณ 17 นาที^{[ 1 ]} ตารางเวลาเดินรถปี 1952 แสดงตารางเดินรถโดยสาร 23 เที่ยวและรถไฟขนส่งสินค้า 11 เที่ยวในแต่ละเที่ยวในวันธรรมดา

หนึ่งในข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของบริการรถไฟโดยสารชานเมืองบนสายลิตเทิลตันมาเป็นเวลานานคือ การไม่มีคู่แข่งจากการขนส่งทางถนน เนื่องจากไม่มีเส้นทางเชื่อมต่อที่สะดวกระหว่างลิตเทิลตันและไครสต์เชิร์ช แต่สถานการณ์เปลี่ยนไปเมื่ออุโมงค์ถนนลิตเทิลตันเปิดทำการในปี 1964 และบริการรถไฟโดยสารจึงถูกลดลงตามไปด้วยเนื่องจากความต้องการลดลง หลังจากการยุติบริการรถไฟโดยสารไฟฟ้าในปี 1970 บริการรถไฟดีเซลแบบจำกัดยังคงดำเนินการต่อไปจนกระทั่งรถไฟขบวนสุดท้ายวิ่งในวันที่ 28 กุมภาพันธ์ 1972 หลังจากนั้น รถไฟโดยสารเพียงขบวนเดียวบนสายนี้คือ "รถไฟไอน้ำด่วน" หรือ "รถไฟเรือ" ซึ่งวิ่งแบบไม่หยุด จนกระทั่งถูกยกเลิกไปในอีกสี่ปีต่อมา

ความถี่ในการเดินรถไฟในช่วงปีแรก ๆ นั้นถูกจำกัดด้วยความไม่เพียงพอของสิ่งอำนวยความสะดวกในท่าเรือมากกว่าขีดความสามารถของทางรถไฟ รถไฟทุกขบวนในช่วงเวลานั้นบนสาย Lyttelton เป็นรถไฟแบบผสม เนื่องจากปริมาณการขนส่งไม่เพียงพอที่จะแยกบริการขนส่งสินค้าและผู้โดยสารออกจากกัน สถานการณ์นี้ยังคงเป็นเช่นนั้นจนกระทั่งวันที่ 5 พฤศจิกายน 1872 เมื่อมีการกำหนดตารางเวลาใหม่ให้มีบริการขนส่งสินค้าวันละสี่ขบวนเพื่อรองรับปริมาณการขนส่งที่เพิ่มขึ้น การขยายสายหลักเหนือไปยัง Rangiora และสายหลักใต้ไปยัง Rakaia ในปี 1874 ส่งผลให้ความถี่ของบริการขนส่งสินค้าเพิ่มขึ้นเป็นวันละหกขบวน

เนื่องจาก "ความโดดเดี่ยว" ลิตเทิลตันจึงถูกใช้เป็นท่าเรือรถไฟมาเป็นเวลานาน ท่าเทียบเรือมีรางรถไฟวิ่งจากอู่รถไฟลิตเทิลตัน และสินค้าถูกขนถ่ายขึ้นลงจากเรือที่ท่าเทียบเรือโดยตรงจากรถไฟขนส่งสินค้า สินค้าจำนวนมาก โดยเฉพาะสินค้าทั่วไปที่เข้ามา มักจะส่งไปถึงแค่เมืองไครสต์เชิร์ชเท่านั้น ซึ่งมักส่งผลให้เกิดความแออัดอย่างรุนแรงที่ลานขนส่งสินค้าของสถานีไครสต์เชิร์ช โดยตู้รถไฟมักถูกใช้เป็นที่เก็บของ

วิธีการดำเนินงานนี้ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงจนกระทั่งมีการเปิดโกดังสินค้าที่ท่าเรือแคชินในปี 1965 ซึ่งเป็นการเริ่มต้นยุคของการขนส่งสินค้าด้วยตู้คอนเทนเนอร์ ตู้คอนเทนเนอร์ยังคงเป็นสินค้าหลักในการขนส่งสินค้าบนเส้นทางนี้ เช่นเดียวกับถ่านหินและไม้จากชายฝั่งตะวันตก ทางรถไฟยังเคยจัดการขนส่งสินค้าเทกองอื่นๆ สำหรับท่าเรือ เช่น น้ำมัน รางรถไฟที่เชื่อมไปยังสถานีขนถ่ายน้ำมันทางตะวันตกของลานจัดเรียงรถไฟลิตเทิลตันยังคงอยู่ แต่ไม่ได้ใช้งานมานานแล้ว

แม้ว่าจะมีบริการเรือข้ามฟากประจำระหว่างเวลลิงตันและลิตเทิลตันเริ่มขึ้นในปี 1895 และบริการเรือข้ามฟากในเวลากลางคืนตั้งแต่ปี 1905 แต่ผู้โดยสารยังคงต้องแบกสัมภาระของตนเองระหว่างท่าเรือเฟอร์รี่และสถานีลิตเทิลตันเพื่อต่อรถไฟ

จนกระทั่งปี 1902 รถไฟด่วนจึงเริ่มวิ่งเข้าเทียบท่าเพื่อรับผู้โดยสารและสัมภาระจากข้างเรือข้ามฟาก โดยต้องลากตู้โดยสารผ่านสถานีลิตเทิลตัน จากนั้นใช้หัวรถจักรอีกคันลากไปตามทางโค้งไปยังท่าเทียบเรือหมายเลข 2 ด้านหน้าสถานี ท่าเทียบเรือนี้ใช้หัวรถจักรไอน้ำจนถึงปี 1970 เนื่องจากส่วนสำคัญของการให้บริการคือการใช้ไอน้ำในการให้ความร้อนแก่ตู้โดยสาร งานนี้ดำเนินการโดยหัวรถจักรคลาส F จนถึงปี 1964 หลังจากนั้นจึงใช้หัวรถจักรคลาส Ab จากท่าเทียบเรือ รถไฟด่วนจะวิ่งแบบไม่หยุดไปยังไครสต์เชิร์ช ซึ่งผู้โดยสารสามารถรับประทานอาหารว่างหรือรับประทานอาหารในห้องอาหารของสถานีก่อนที่รถไฟจะเดินทางต่อไปยังดูเนดิน

ในทิศทางตรงกันข้าม รถไฟด่วนช่วงเย็นจะสิ้นสุดที่ท่าเรือลิตเทิลตัน แม้ว่าบริการนี้จะเริ่มต้นในปี 1897 แต่กว่าผู้โดยสารจะสามารถเดินทางโดยตรงจากอินเวอร์คาร์กิลล์ไปยังลิตเทิลตันได้ก็ต้องรอจนถึงปี 1909 เนื่องจากก่อนหน้านี้จำเป็นต้องแวะพักค้างคืนที่เมืองดูเนดินก่อน บริการรถไฟด่วนจากทิมารูยังคงใช้หัวรถจักรเดียวกันวิ่งตรงไปยังลิตเทิลตันจนถึงกลางทศวรรษ 1920 ในปี 1927 ตารางเวลาได้รับการปรับปรุงใหม่ และผู้โดยสารสามารถเลือกใช้บริการรถไฟข้ามฟากในช่วงเย็นได้ ผู้ที่ต้องการเดินทางถึงที่หมายเร็วสามารถเลือกใช้บริการที่ออกจากไครสต์เชิร์ชเวลา 19:10 น. แต่ยังคงต้องรอการมาถึงของรถไฟด่วนและการขึ้นเรือของผู้โดยสารและสัมภาระก่อนที่เรือเฟอร์รี่จะออกเดินทางไปยังเวลลิงตัน

อนาคตของบริการเรือข้ามฟากได้รับผลกระทบอย่างรุนแรงเมื่อวันที่ 10 เมษายน 1968 จากเหตุการณ์เรือTEV Wahine จม ในท่าเรือเวลลิงตันอย่างไรก็ตาม บริการเรือข้ามฟากก็เริ่มได้รับผลกระทบจากการแข่งขันจากบริการทางอากาศแล้ว ซึ่งได้รับการพัฒนาอย่างมากโดยสายการบินแห่งชาติ (ปัจจุบันคือแอร์นิวซีแลนด์ ) ที่นำ เครื่องบิน โบอิ้ง 737-200 มาให้บริการในเส้นทางหลักในปี 1968 และโดย บริการเรือข้ามฟากระหว่างถนนและทางรถไฟของกรมการรถไฟ เอง ระหว่างพิคตันและเวลลิงตัน ซึ่งเริ่มให้บริการในปี 1962 และช่วยประหยัดเวลาได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผู้ที่อยู่ทางเหนือของไครสต์เชิร์ช บริการแรกที่ยกเลิกคือรถไฟเที่ยวแรกจากไครสต์เชิร์ชเวลา 19:10 น. ในเดือนกันยายน 1968 ตั้งแต่ปี 1970 บริการ "รถไฟเที่ยวแรก" ได้รับการให้บริการโดยSouthernerซึ่งเริ่มให้บริการในเดือนธันวาคมของปีนั้น โดยเริ่มวิ่งจากลิตเทิลตันไปยังอินเวอร์คาร์กิลล์ อย่างไรก็ตาม จำนวนผู้โดยสารยังคงลดลงอย่างต่อเนื่อง และรถไฟโดยสารเที่ยวสุดท้ายได้สิ้นสุดการให้บริการของรถไฟRangatiraในวันที่ 14 กันยายน 1976 หลังจากบริการเรือข้ามฟากสิ้นสุดลง รถไฟ Southerner ก็เริ่มให้บริการจากเมืองไครสต์เชิร์ช รถไฟเหล่านี้มีความพิเศษตรงที่เป็นบริการรถไฟโดยสารตามตารางเวลาสุดท้ายที่วิ่งบนเส้นทาง Lyttelton Line

แรงผลักดันหลักในการติดตั้งระบบไฟฟ้าให้กับเส้นทางรถไฟลิตเทิลตันคือการลดปัญหาควันพิษจากรถจักรไอน้ำในอุโมงค์ลิตเทิลตัน ซึ่งสร้างความเดือดร้อนให้กับทั้งผู้โดยสารและพนักงานขับรถไฟ ทางเลือกอื่นๆ ที่เคยพิจารณาหรือศึกษาสำหรับเส้นทางนี้ ได้แก่ การสร้างรางคู่ขนาน และความพยายามในปี 1909 ที่จะดัดแปลงรถจักรไอน้ำรุ่น Wf ให้ใช้เชื้อเพลิงน้ำมันเพื่อวิ่งผ่านอุโมงค์ ซึ่งประสบความสำเร็จเพียงบางส่วนเท่านั้น นอกจากนี้ยังมีการศึกษาเกี่ยวกับการใช้พลังงานดีเซลในการขับเคลื่อนผ่านอุโมงค์ แต่ก็ถูกยกเลิกไปเนื่องจากเทคโนโลยีในขณะนั้นยังไม่พัฒนาเต็มที่

ในปี ค.ศ. 1925 รัฐบาลได้ว่าจ้างบริษัทที่ปรึกษาชาวอังกฤษMerz & McLellanให้จัดทำรายงานเกี่ยวกับข้อเสนอต่างๆ สำหรับการติดตั้งระบบไฟฟ้าในบางส่วนของเครือข่ายรถไฟ รายงานของพวกเขาแนะนำให้ติดตั้งระบบไฟฟ้าในเครือข่ายรถไฟในเมืองโอ๊คแลนด์ เวลลิงตัน และไครสต์เชิร์ช และอาจรวมถึงเมืองดูเนดินด้วย รายงานสรุปว่า หาก มีการติดตั้งระบบไฟฟ้าใน เส้นทางรถไฟสายหลักของเกาะเหนือที่ผ่านจอห์นสันวิลล์ จะช่วยชะลอความจำเป็นในการสร้างทางเบี่ยงทาวาแฟลตนอกจากนี้ยังแนะนำให้ติดตั้งระบบไฟฟ้าในเส้นทางไวราปาผ่านเฮย์เวิร์ดส์ไปจนถึงอัปเปอร์ฮัตต์ ติดตั้งระบบไฟฟ้าในเส้นทางสาขาฮัตต์วัลเลย์ ติดตั้งระบบไฟฟ้าในโอ๊คแลนด์ไปจนถึงเฮนเดอร์สันและโอตาฮูฮู ติดตั้งระบบไฟฟ้าในไครสต์เชิร์ชไปจนถึงรังกิโอราและผ่านอุโมงค์ลิตเทิลตัน และติดตั้งระบบไฟฟ้าในดูเนดินจากพอร์ตแชลเมอร์สไปยังมอสเกล หลังจากที่รายงานเผยแพร่ออกไปแล้ว มีการตัดสินใจที่จะดำเนินการติดตั้งระบบไฟฟ้าเฉพาะในเส้นทางไครสต์เชิร์ช – ลิตเทิลตันเท่านั้น

เนื่องจากการติดตั้งระบบไฟฟ้าในอุโมงค์โอติราโดยใช้ระบบไฟฟ้ากระแสตรง 1500 โวลต์พร้อมสายส่งเหนือศีรษะประสบความสำเร็จ โครงการในเมืองไครสต์เชิร์ชจึงเลือกใช้ระบบเดียวกันนี้ บริษัท English Electric Co.เป็นผู้ชนะการประมูลจัดซื้อหัวรถจักร 6 คัน ระบบจ่ายไฟ และระบบสายส่งเหนือศีรษะ

การให้บริการรถไฟไฟฟ้าเที่ยวปฐมฤกษ์บนสายลิตเทิลตัน ออกเดินทางจากสถานีไครสต์เชิร์ชไปยังลิตเทิลตันด้วยตู้โดยสาร 18 ตู้ นำโดยหัวรถจักร EC 12เมื่อวันที่ 14 กุมภาพันธ์ 1929 เวลา 15:00 น. ในขบวนรถประกอบด้วยตู้โดยสารสำหรับรัฐมนตรี และตู้โดยสารพิเศษอีกสองตู้สำหรับผู้ตั้งถิ่นฐานกลุ่มแรกในแคนเทอร์เบอรี ซึ่งเป็นแขกของกระทรวง การเดินทางใช้เวลาทำลายสถิติ 10 นาทีครึ่ง รวมเวลา 3 นาทีในการผ่านอุโมงค์ การให้บริการรถไฟไฟฟ้าตามปกติเริ่มขึ้นในวันเสาร์ถัดไป โดยใช้ตารางเวลาใหม่ ทำให้ไครสต์เชิร์ชกลายเป็นเมืองแรกในนิวซีแลนด์ที่ได้รับบริการรถไฟไฟฟ้า ก่อนหน้าการเปิดให้บริการในเวลลิงตันในปี 1938 (ไปยังจอห์นสันวิลล์) ปี 1940 (ไปยังเปาคาริกิ) และปี 1953 (ไปยังไทตา)

กระแสไฟฟ้าสำหรับสายส่งไฟฟ้าเหนือศีรษะมาจากสถานีไฟฟ้าย่อยที่สร้างขึ้นที่วูลสตัน ซึ่งภายในมีเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าแบบโรตารี่ของ English Electric สองเครื่อง เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าเหล่านี้มีกำลังไฟฟ้าขาออก 900 แอมป์ และแรงดันไฟฟ้าขาเข้า 11,035 โวลต์ AC ในหกเฟส จากหม้อแปลงสองตัวที่จ่ายไฟโดยทะเลสาบโคลริดจ์ การทำงานตามปกติของสถานีไฟฟ้าย่อยนั้นเกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าสลับกันในแต่ละวัน เพื่อให้มีเวลาสำหรับการบำรุงรักษาและซ่อมแซม

เนื่องจากสถานีจ่ายไฟย่อยตั้งอยู่ที่วูลสตัน ซึ่งอยู่กึ่งกลางระหว่างสถานีปลายทางทั้งสองของส่วนที่เป็นทางรถไฟไฟฟ้า ระยะทางที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไกลที่สุดจึงอยู่ที่ประมาณ3 ไมล์ (4.8 กิโลเมตร)เนื่องจากเส้นทางทั้งหมดเป็นรางคู่ ยกเว้นอุโมงค์ จึงมีเส้นทางคู่ขนานสองเส้นทางสำหรับจ่ายกระแสไฟฟ้า รวมถึงทางแยกที่ใช้ไฟฟ้าบางส่วน ความยาวรวมของรางไฟฟ้าคือ10.8 ไมล์ (17.4 กิโลเมตร)ประกอบด้วยรางคู่4.3 ไมล์ (6.9 กิโลเมตร) และรางเดี่ยว 2.2 ไมล์ (3.5 กิโลเมตร)มีการติดตั้งอุปกรณ์แยกส่วนไว้ที่ปลายอุโมงค์และทางเข้าสถานีไครสต์เชิร์ช เพื่อให้สามารถควบคุมส่วนกลางได้อย่างอิสระหากจำเป็น    

หัวรถจักรทั้งหกคันที่สั่งซื้อเพื่อใช้ในเส้นทาง Lyttelton ถูกสร้างขึ้นในปี 1928 ที่โรงงาน Dick Kerr ของบริษัท English Electric ในเมือง Preston หัวรถจักรเหล่านี้มีลักษณะคล้ายคลึงกับหัวรถจักร Eo ที่ใช้งานอยู่ที่ Otira ในหลายๆ ด้าน แต่มีแชสซีที่ยาวกว่าและมอเตอร์ที่ทรงพลังกว่า เดิมทีหัวรถจักรเหล่านี้ถูกจัดประเภทเป็น E เช่นเดียวกับหัวรถจักร Otira รุ่นก่อนๆ แต่ต่อมาได้กลายเป็น Ec ซึ่งย่อมาจาก Electrics based at Christchurch (หัวรถจักร ไฟฟ้าที่ตั้งอยู่ที่Christchurch )

ในปี 1970 หัวรถจักรไฟฟ้า Ec หมดอายุการใช้งานแล้ว และมีการตัดสินใจว่าค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาสถานีไฟฟ้าย่อยที่วูลสตัน การซ่อมแซมหรือเปลี่ยนหัวรถจักรที่มีอยู่ไม่คุ้มค่า อีกปัจจัยหนึ่งที่คัดค้านการใช้ระบบไฟฟ้าคือค่าใช้จ่ายในการจัดการขบวนรถไฟที่ไครสต์เชิร์ชและไลต์เทิลตัน เพื่อเพิ่มหรือถอดหัวรถจักรไฟฟ้าออกจากขบวนรถสำหรับการเดินทางเพียง10 กิโลเมตร (6.2 ไมล์)จึงตัดสินใจเปลี่ยนมาใช้เครื่องยนต์ดีเซล และด้วยเหตุนี้ รถไฟไฟฟ้าขบวนสุดท้ายจึงวิ่งในวันศุกร์ที่ 18 กันยายน 1970 โครงสร้างพื้นฐานทางไฟฟ้าทั้งหมดบนเส้นทางรถไฟสายนี้ถูกรื้อถอนในเวลาต่อมา