Po aneksji Litwy przez ZSRR w 1940 roku i likwidacji jej państwowości, koleje państw bałtyckich zostały włączone do kolei radzieckich jako Przybałtycka Droga Żelazna i ich szerokość po 1945 roku ujednolicono na 1524 mm. Zbudowano wówczas kilka mniejszych linii, obwodnicę południową Wilna i w latach 80. kolejowy terminal promowy w Kłajpedzie. Na stacji Szostaków przy granicy z Polską powstał terminal przeładunkowy z uwagi na odmienną szerokość toru. Trakcja parowa została wyparta przez trakcję spalinową i jedynie w niewielkim zakresie elektryczną, dla ruchu pasażerskiego na linii Wilno – Kowno.
Po rozpadzie Związku Radzieckiego 1 stycznia 1992 roku reaktywowano narodowego zarządcę kolejowego Lietuvos geležinkeliai.
Na koniec XX wieku sieć kolejowa Litwy obejmowała 2001 km linii, w tym 1811 km szerokotorowych (1520 mm), 22 km normalnotorowych (1435 mm, od Szostakowa do granicy z Polską) i 169 km wąskotorowych (750 mm). Zelektryfikowane było jedynie 122 km, służące do ruchu pasażerskiego – linia z Nowej Wilejki przez Wilno do Kowna, z odgałęzieniem do Trok (prąd zmienny o napięciu 25 kV 50 Hz). Gęstość kolei była niewielka – 3,1 km linii na 100 km², a tylko nieliczne linie były dwutorowe, w tym tranzytowa linia z Białorusi przez Wilno i Kowno do obwodu królewieckiego.