Ursprünglich zweigleisig als Teil der Hauptstrecke Köln – Gießen trassiert wird die "Hellertalbahn" inzwischen auf voller Länge nur noch eingleisig betrieben, der zweite Schienenstrang wurde größtenteils abgebaut. Zwischen Betzdorf und dem ehemaligen Abzweig Grünebach wird das Parallelgleis nun von den Zügen der Westerwaldbahn des Kreises Altenkirchen GmbH (WEBA) nach Daaden benutzt. Personen- und Güterverkehre auf der Hellertalbahn werden heute komplett von Unternehmen außerhalb des DB-Konzernes erbracht.

Personenverkehr

Bis November 1995 letztes Einsatzgebiet der Siegener Schienenbusse, erhielten danach modernere Dieseltriebwagen der Baureihe (BR) 628/928 (Limburg) der DB Regio AG Einzug. Von September 1999 bis Dezember 2015 war der Personenverkehr in Hand von fabrikneu an den Betreiber HellertalBahn GmbH gelieferten Stadler GTW 2/6. In Sonderfällen waren auf der Hellertalbahn auch 628/928 der WEBA zu beobachten. Zu den Stoßzeiten wurden auch Züge aus Doppeltraktionen gebildet. Im Fahrplanjahr 2008 waren dies die Züge:

• 82011 an W(Sa) Betzdorf – Herdorf
• 82049 an Sa(S) Betzdorf – Neunkirchen
• 82019 an S Betzdorf – Neunkirchen
• 82048 an W(Sa)+S Betzdorf – Neunkirchen
• 82044 an Sa(S) Neunkirchen – Betzdorf

Von Juni 2001 bis August 2002 wurden die Haltepunkte Zeppenfeld und Wiederstein reaktiviert. Aufgrund von Sicherheitsbedenken des Eisenbahn-Bundesamtes (EBA), wonach die Bahnübergänge im Bereich der Haltepunkte nicht für einen Zughalt innerhalb der Einschaltstrecken ausgelegt waren, mussten diese Praxis wieder aufgegeben werden.

Im Dezember 2015 übernahm die Hessische Landesbahn GmbH - HLB den Betrieb, und setzte zunächst ebenfalls hauptsächlich GTW 2/6 ein, die ab Sommer 2016 schrittweise durch fabrikneue ALSTOM LINT 41 ersetzt wurden

Güterverkehr

Auch im Güterverkehr ist der DB-Konzern auf der Hellertalbahn nicht mehr präsent. Seit Anfang Oktober 2000 bespannt die Siegener Kreisbahn GmbH (SK; heute: KSW Kreisbahn Siegen-Wittgenstein GmbH) die Güterzüge zwischen Betzdorf und Würgendorf.

Folgende Güterkunden werden heute noch bedient:
Aufkommensstärkster Tarifpunkt ist ein Produktionsstandort der Mannesmann Precision Tubes GmbH (ex Salzgitter Mannesmann Precision GmbH, ex MHP Mannesmann Präzisrohr GmbH) in Holzhausen. Im Eingang erhält das Unternehmen Bleche und Stahl, im Gegenzug verlassen Rohre das Werk per Bahn.
Über eine Anschlussbahn wird die EURODYN Sprengmittel GmbH (ex Orica Germany GmbH, ex Dynamit-Nobel) in Würgendorf erreicht.

In Neunkirchen existiert ein Schrotthandel (Gräb Schrotthandel GmbH) als Bahnkunde.
In Herdorf schließt die heute durch die KSW betriebene "Freien Grunder Eisenbahn" mit ihrem Streckennetz an.
In Burbach werden Metallprodukte verladen (Saar-Blankstahl GmbH) oder der Anschluß Thomas westlich des Bahnhofes angefahren.
Im Anschluß Gemeinde westlich des Bahnhofes Würgendorf (Otto-Versand, später Hermes Logistikzentrum, seit Oktober 2008 leerstehend) werden hingegen keine Güter mehr auf der Schiene verladen.

Güterverkehr - Bedienkonzept

Die zumeist von einer G 1700 der KSW gefahrenen Güterzüge starten meist kurz vor 5 Uhr in der Früh mit einer Leistung Kreuztal – Betzdorf (Sieg) – Würgendorf. Kurz vor 8 Uhr erfolgt die Bedienung des Anschlusses Mannesmann, von wo aus meist Lz zurück nach Würgendorf gefahren wird. Es folgt die Bedienung des Anschlussgleises EURODYN sowie früher bei Bedarf des Anschlusses Gemeinde. Kurz vor 10 verlässt die Rückleistung Würgendorf nach Herdorf, die in Burbach ab ca. 10 Uhr eine halbstündige Kreuzungspause einlegt. Gegen Mittag fährt die Lok zunächst Lz nach Betzdorf (Sieg) und dann mit einem Zug zurück nach Herdorf. Es erfolgt anschließend eine Fahrt zum Pfannenberg bzw. nach Salchendorf sowie gegen 14 Uhr die Weiterfahrt nach Würgendorf. Wie am Morgen werden dann die Anschüsse Mannesmann und EURODYN angefahren und Würgendorf gegen 18 Uhr Richtung Betzdorf verlassen. Die Fahrten am Pfannenberg finden (Stand Juli 2018) Mo-Fr 8-9 bzw. 12-13 Uhr sowie im Spätdienst 17-22 Uhr sowie samstags zwischen 6 und 14 Uhr statt.

Güterverkehr - Dritte

Ab 27.03.2008 bis Ende 2009 brachte die damalige Cargosparte der Rurtalbahn GmbH (RTB) bei Bedarf in den frühen Morgenstunden Coils aus Antwerpen nach Herdorf, die von der KSW zum Pfannenberg befördert werden.

Seit 13.07.2010 transportiert die Captrain Deutschland CargoWest GmbH (CCW, ex TWE Bahnbetriebs GmbH) zwei Mal wöchentlich so genannte "Luppen" aus Zeithain (Mannesmann Line Pipe GmbH, ex Salzgitter Mannesmann Rohr Sachsen GmbH) via Gütersloh zum Mannesmann-Werk in Burbach. Hin- und Rückfahrt finden in den Tagesrandlagen statt.

Anschlussbahn "EURODYN"

Westlich des Bahnhofes Würgendorf biegt eine 4,7 km lange Stichstrecke zur EURODYN Sprengmittel GmbH ab. Die heute nur noch von der KSW bediente Strecke (Steigung 1:21,5) wird nur im Schubbetrieb gefahren, d.h. die Lok steht immer Richtung Süden. Transportiert werden überwiegend Grundstoffe zur Sprengstofferzeugung. Das im Wald liegende Werksgelände verfügt über umfangreiche Gleisanlagen mit u.a. 18 Weichen.