Desde diciembre de 2007, los servicios Renfe Alvia enlazan Bilbao con Madrid. Este tren, que sustituye a los anteriores Talgo, reduce el tiempo de viaje entre las dos ciudades al circular parte del recorrido por vías de alta velocidad. Estos servicios tienen dos circulaciones diarias en ambos sentidos y realizan parada, además, en Valladolid y Burgos. Los fines de semana circula un tren por sentido.

El núcleo de Renfe Cercanías de Bilbao conecta el centro de Bilbao con las afueras. La línea C-1 va desde Bilbao-Abando a Santurtzi, la C-2, también desde Abando hasta Muskiz, y la C-3 parte de Bilbao-Abando hasta Orduña.