1991—2010年，随着国民经济快速发展，铁路运输能力日益紧张。铁路部门坚持内部挖潜、扩能提效，深化运输组织改革，实施运输大户战略，大力发展集装箱运输、直达运输，铁路运输能力明显提高。
旅客运输
2010年，济宁站日均有26列旅客客车停靠，其中特快列车2列、快速列车6列，日均发送旅客2300余人次；兖州站日均有94列客车停靠，其中特快列车6列、快速列车54列，日均发送旅客7500余人次；邹城站日均有30列旅客客车停靠，其中特快列车2列、快速列车22列，日均发送旅客1700余人次；嘉祥站日均有12列旅客客车停靠，其中快速列车4列，日均发送旅客200余人次；曲阜站日均有22列旅客列车停靠，其中快速列车8列，日均发送旅客430人次，济宁市铁路运输年发送旅客约513万人次。
兖州铁路货运编组站 （2006年5月摄）
客运设备 20世纪90年代起，铁路部门加大对客运站的投资，同时积极争取地方政府投资，对客运站进行改造。1993年起，各站陆续引进旅客电子引导系统、自动广播系统、剩余票额显示系统、自助售票系统等现代化服务设备设施，改善旅客候车和乘车环境。1993年，兖州站率先配备危险品检查仪，2005年，全部客运站均配备该检查仪。1991年，各站发售车票均为人工售票方式。1996年10月，兖州站试行计算机客票发售，并逐步在其他车站安装。1997年，实现济南铁路局管内联网异地售票。2000年，实现全国联网。1998年1月，推出电话订票业务。至2010年，全部客运站均实现硬面化、栅栏化、绿化，风雨棚、地下道或天桥、行包房等配套设施同步进行改造。 客运服务 20世纪90年代初，铁路部门推行人性化服务理念，重点抓好春运、暑运和“黄金周”等重点时段旅客运输组织服务。1992年3月，各站开展全面建设，消灭车站“四无”（无照明、无提示、无候车座椅、无阻拦设备）现象。2002—2003年，各站开展服务质量年活动。2003年，“非典”疫情期间，各站迅速建立监测网，严格执行旅客进站体温检测填记、核验旅客健康申报卡、列车旅客健康申报卡回收制度，干部在进站口、出站口昼夜值班，保证职工健康和运输生产有序。 在运输服务中，兖州火车站创立的“儒苑”服务品牌，把儒家思想精髓与现代服务理念有机融合，对内推行“儒之风”基础管理，对外提供“儒之情”特色服务，合力营造“儒之韵”站区环境，2006年，完成在国家工商总局的品牌注册。 货物运输 货运能力 20世纪90年代起，铁路部门不断加大投入，对各站货场进行改扩建，各货运站作业能力不断提高。2010年底，济宁市办理货运业务的车站共有10个，年货物吞吐能力2640万吨。其中，邹城站960万吨，兖州北站450万吨，兖州西站400万吨，济宁站250万吨，凫村站300万吨，济宁西站60万吨，大山头站150万吨，两下店站20万吨，嘉祥站35万吨，梁山站15万吨。 货运组织 1991年后，社会主义市场经济体制逐步建立，货运部门从偏重运输生产管理转变为重视市场营销，由上至下层层建立货运营销机构和营销队伍，组织开发货源，对货运计划、货运组织、服务方式等进行全面改革，以“经济、准时、快速、安全、便利”为重点，主动开展上门服务，大力发展直达运输、集装箱运输、货物保价运输，开行“五定”班列，在完成煤炭、石油、矿石、支农物资、军运、特运等运输任务的同时，经济效益显著提高，对地方经济和社会的发展支撑作用显著增强。 1995年10月18日，济南铁路分局在济宁召开联谊会，与兖州矿务局、鲁南水泥厂、济宁煤炭化学工业公司等9家企业共商发展大计，实施大客户战略，为各大企业提供重点服务，优先保证运力、优先装车挂运，保证运输有序。2010年，济宁地区各火车站共到达、发送货物2600余万吨。 列车大提速 1997年4月，第一次大提速。京沪线由东风11型内燃机车牵引的客车，技术速度提高至101.7公里/小时，上下行各提高13.1公里/小时、12.7公里/小时；东风4D型内燃机车牵引的客车，技术速度提高至97.6公里/小时，上下行各提高9公里/小时、8.5公里/小时。兖州至日照间客车仍使用东风4型内燃机车牵引，技术速度提高至67.2公里/小时，上下行均提高2.3公里/小时。 1998年4月，第二次大提速。京沪线技术速度提高至110.3公里/小时，提高8.6公里/小时，线路允许速度提高至140公里/小时。 2000年10月，第三次大提速。京沪线技术速度提高至112.9公里/小时，提高2.6公里/小时。京九线技术速度提高至106.2公里/小时，提高14.6公里/小时。 2001年10月，第四次大提速。主要为京九线提速，技术速度提高至124.1公里/小时，提高17.9公里/小时。 2004年4月，第五次大提速。京沪线、京九线允许速度提高到160公里/小时，新日线菏泽至兖州段线路允许速度提高至100公里/小时，兖州至日照段提高至120公里/小时。 2007年4月，第六次大提速。京沪线允许速度提高到200公里/小时，新日铁路线路允许速度提高至120公里/小时。首次开行时速200公里的CRH动车组，2008年8月2日，北京南—上海D31/2次动车组经停兖州站。同时，货运列车也实现提速、重载、大区段运行。至此，铁路既有线提速工作宣告结束。
客运设备 20世纪90年代起，铁路部门加大对客运站的投资，同时积极争取地方政府投资，对客运站进行改造。1993年起，各站陆续引进旅客电子引导系统、自动广播系统、剩余票额显示系统、自助售票系统等现代化服务设备设施，改善旅客候车和乘车环境。1993年，兖州站率先配备危险品检查仪，2005年，全部客运站均配备该检查仪。1991年，各站发售车票均为人工售票方式。1996年10月，兖州站试行计算机客票发售，并逐步在其他车站安装。1997年，实现济南铁路局管内联网异地售票。2000年，实现全国联网。1998年1月，推出电话订票业务。至2010年，全部客运站均实现硬面化、栅栏化、绿化，风雨棚、地下道或天桥、行包房等配套设施同步进行改造。 客运服务 20世纪90年代初，铁路部门推行人性化服务理念，重点抓好春运、暑运和“黄金周”等重点时段旅客运输组织服务。1992年3月，各站开展全面建设，消灭车站“四无”（无照明、无提示、无候车座椅、无阻拦设备）现象。2002—2003年，各站开展服务质量年活动。2003年，“非典”疫情期间，各站迅速建立监测网，严格执行旅客进站体温检测填记、核验旅客健康申报卡、列车旅客健康申报卡回收制度，干部在进站口、出站口昼夜值班，保证职工健康和运输生产有序。 在运输服务中，兖州火车站创立的“儒苑”服务品牌，把儒家思想精髓与现代服务理念有机融合，对内推行“儒之风”基础管理，对外提供“儒之情”特色服务，合力营造“儒之韵”站区环境，2006年，完成在国家工商总局的品牌注册。 货物运输 货运能力 20世纪90年代起，铁路部门不断加大投入，对各站货场进行改扩建，各货运站作业能力不断提高。2010年底，济宁市办理货运业务的车站共有10个，年货物吞吐能力2640万吨。其中，邹城站960万吨，兖州北站450万吨，兖州西站400万吨，济宁站250万吨，凫村站300万吨，济宁西站60万吨，大山头站150万吨，两下店站20万吨，嘉祥站35万吨，梁山站15万吨。 货运组织 1991年后，社会主义市场经济体制逐步建立，货运部门从偏重运输生产管理转变为重视市场营销，由上至下层层建立货运营销机构和营销队伍，组织开发货源，对货运计划、货运组织、服务方式等进行全面改革，以“经济、准时、快速、安全、便利”为重点，主动开展上门服务，大力发展直达运输、集装箱运输、货物保价运输，开行“五定”班列，在完成煤炭、石油、矿石、支农物资、军运、特运等运输任务的同时，经济效益显著提高，对地方经济和社会的发展支撑作用显著增强。 1995年10月18日，济南铁路分局在济宁召开联谊会，与兖州矿务局、鲁南水泥厂、济宁煤炭化学工业公司等9家企业共商发展大计，实施大客户战略，为各大企业提供重点服务，优先保证运力、优先装车挂运，保证运输有序。2010年，济宁地区各火车站共到达、发送货物2600余万吨。 列车大提速 1997年4月，第一次大提速。京沪线由东风11型内燃机车牵引的客车，技术速度提高至101.7公里/小时，上下行各提高13.1公里/小时、12.7公里/小时；东风4D型内燃机车牵引的客车，技术速度提高至97.6公里/小时，上下行各提高9公里/小时、8.5公里/小时。兖州至日照间客车仍使用东风4型内燃机车牵引，技术速度提高至67.2公里/小时，上下行均提高2.3公里/小时。 1998年4月，第二次大提速。京沪线技术速度提高至110.3公里/小时，提高8.6公里/小时，线路允许速度提高至140公里/小时。 2000年10月，第三次大提速。京沪线技术速度提高至112.9公里/小时，提高2.6公里/小时。京九线技术速度提高至106.2公里/小时，提高14.6公里/小时。 2001年10月，第四次大提速。主要为京九线提速，技术速度提高至124.1公里/小时，提高17.9公里/小时。 2004年4月，第五次大提速。京沪线、京九线允许速度提高到160公里/小时，新日线菏泽至兖州段线路允许速度提高至100公里/小时，兖州至日照段提高至120公里/小时。 2007年4月，第六次大提速。京沪线允许速度提高到200公里/小时，新日铁路线路允许速度提高至120公里/小时。首次开行时速200公里的CRH动车组，2008年8月2日，北京南—上海D31/2次动车组经停兖州站。同时，货运列车也实现提速、重载、大区段运行。至此，铁路既有线提速工作宣告结束。