W 1918 roku koleje zakaukaskie zostały znacjonalizowane przez władzę radziecką.
W 1925 roku uruchomiono linię kolejową z Leninakanu do Artiku, dziesięć lat później relację Brotseula – Ckaltubo z odgałęzieniem do stacji Gumbrin; następnie linię z Gori do miast Cchinwali i Senaki (1940), Trasę Czarnomorską (1942) oraz linię Suchumi – Adler Oraz .
Kolej Zakaukaska za czasów swojego działania została całkowicie zelektryfikowana. Procedurę elektryfikacji rozpoczęto w roku 1932. W 1996 roku, z okazji elektryfikacji 25 000 kilometrów kolei państwowych, na stacji w dzisiejszym Dedoplisckaro, ustawiono pamiątkowy słup z napisem „25 000 km”. Elektryfikację na terytorium Gruzji zakończono w 1967 roku, zaś na terytorium Armenii pięć lat później – w roku 1972. Koleje na terytorium Azerbejdżanu nie należały już wówczas do Kolei Zakaukaskiej, były zarządzane przez Koleje Azerbejdżańskie.