do Ostrołęka, Warszawa, Białystok, Lublin, Olsztyn oraz Giżycko, w tym bezpośrednie połączenia z Lotnisko Chopina w Warszawie.
Z dworca korzystają również przewoźnicy lokalni, realizujący połączenia z miejscowościami na terenie powiatu ostrowskiego i okolicznych gmin.
Transport kolejowy Ostrów Mazowiecka leży przy niezelektryfikowanej linii kolejowej nr 34 Ostrołęka – Małkinia o długości 55,333 km. W 1993 roku zawieszono na niej kursowanie pociągów pasażerskich.
W ramach programu Kolej Plus planowane jest przywrócenie ruchu pasażerskiego na odcinku Ostrów Mazowiecka – Małkinia Górna. Inwestycja obejmuje modernizację i elektryfikację 20 km linii, a jej wartość wynosi ponad 250 mln zł. Dokumentacja projektowa powstaje przy udziale firmy Track Tec Construction, natomiast roboty budowlane mają rozpocząć się w 2027 roku po uzyskaniu niezbędnych zgód administracyjnych.
W ramach modernizacji przewidziano: budowę trzech nowych przystanków: Ostrów Mazowiecka Południe, Niegowiec i Błędnica, odbudowę peronów na stacji w Ostrowi Mazowieckiej oraz na przystankach Ostrów Mazowiecka Miasto i Biel, dostosowanie wszystkich obiektów do obsługi osób o ograniczonej mobilności.