A seguito della Legge 15 luglio 1906, n. 324, che approvava "le Convenzioni pel riscatto delle strade ferrate Meridionali", la linea fu riscattata dallo Stato italiano ed entrò a far parte della rete delle Ferrovie dello Stato.
La trazione elettrica, in corrente continua alla tensione di 3 kV, venne attivata il 4 giugno 1980[3].
Il 14 settembre 1997 venne attivato il raddoppio in variante di tracciato fra la stazione di Gioia del Colle e la progressiva chilometrica 83+892, comprendente la nuova fermata di Castellaneta e il Posto di Movimento di Grottalupara; sul vecchio tracciato vennero abbandonate (in ordine di disposizione verso Taranto) le stazioni di Coratini, Mottola-San Basilio, Castellaneta Campagna e Castellaneta Città [5][6].
Il 20 dicembre 2004 venne attivato il raddoppio fra Acquaviva delle Fonti e Gioia del Colle[7].
Il 27 maggio 2007 venne attivato il raddoppio fra Palagiano e Bellavista[8].
Il 22 giugno 2008 venne attivato il raddoppio in variante di tracciato fra la progressiva chilometrica 83+892 e la stazione di Palagiano, comprendente la nuova stazione di Palagianello[9].
La linea è una ferrovia a doppio binario, interamente elettrificata a 3000 volt in corrente continua. Vi circolano quasi tutte le tipologie di treni, dai regionali agli Intercity e Frecciarossa, oltre a treni merci. La velocità massima percorribile è di 200 km/h, la velocità di linea è tra i 130 e i 150 km/h[13] in piena linea .
La ferrovia è collegata alla ferrovia Jonica nei pressi del Bivio-P.C. Metaponto provenendo da Taranto per Reggio Calabria e Potenza e sempre con essa nei pressi di Bellavista innestandosi sulla Jonica nei pressi del P.M. Cagioni (Zona Industriale di Taranto). I principali nodi di interscambio sono nelle stazioni di Bari, Gioia del Colle e Taranto (quest'ultima rispettivamente per Reggio Calabria, Potenza, Battipaglia, Brindisi e risalita verso Bari attraverso la ferrovia della consociata FSE).
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