Der Luftschutz für die Einrichtungen der Reichsbahn war sehr problematisch. Die großen Flächen waren eigentlich nicht zu tarnen oder zu schützen. Die Fenster der Waggons konnten zwar mit Verdunklungsrollos lichtdicht gemacht werden, der Rauch der Lokomotiven und der Feuerschein konnten so gut wie nicht verhindert werden. Auch die Beleuchtung auf Rangiergleisen ließ keine Tarnung zu. Für die Gleisanlagen wurden deshalb Depots errichtet, wo Ersatz für Schienen und Schwellen gelagert wurden, damit bei einer Zerstörung möglichst rasch das Schienennetz wieder instandgesetzt werden konnte.
Im  Rosensteinpark wurde aus Sicherheitsgründen eine Ersatztrasse zum Hauptbahnhof vorbereitet. Diese Trasse zweigte von der Rosensteinbrücke der Bahn ab. Die Auflager dafür sind heute noch vorhanden. Ab 1944 wurden zusätzlich Eisenbahnbaubrigaden (meist aus KZ-Häftlingen) gebildet, die jeweils an Brennpunkten eingesetzt wurden, um zerstörte Schienennetze wieder instand zu setzen.
In den Bahnhöfen wurden für die Bediensteten in den Bahnhofsgebäuden Schutzräme eingerichtet. Unter den meisten Stellwerken war ein kleiner Schutzraum eingerichtet. Für die Angestellten des Bahnausbesserungswerkes in Stuttgart Nord wurde unter der Gäubahntrasse ein Stollen errichtet.
Für die Reisenden wurden entsprechende Bunker gebaut.  Der Stollen unter der Heilbronner Straße war ebenfalls als Werkluftschutzraum erstellt worden, der zu Beginn des Krieges eventuell auch von Reisenden noch genutzt wurde.  Eine Stollenverbindung in Richtung Bahnhof gab es nicht. Für die Reisenden im Bereich des Stuttgarter Hauptbahnhofs wurden dafür der Bunker unter dem Hindenburgplatz (heute Arnulf-Klett-Platz) und auch der Wagenburgtunnel gebaut. Da dies nicht ausreichte und beim Wagenburgstollen der schnelle Zugang nicht gewährleistet war, wurden im Schlossgarten im September 1943 auf Kosten der Reichsbahn LS-Deckungsgräben erstellt. Somit waren kurze Wege in Richtung Süden sichergestellt. Im Bereich des Rangierbahnhofes gab es einen Luftschutzraum unter dem Zollamt in den Ladestraßen. Dies war das 2. Kellergeschoß des Gebäudes.
In Bad Cannstatt wurde ein seperater Bunker (BW 501) unmittelbar neben dem Bahnhof errichtet. Auch der Winkelturm in der Seelbergstraße bot eine gewisse Kapazität für Bahnreisende. In Feuerbach und in Untertürkheim waren die Winkeltürme ebenfalls in das Schutzkonzept der Bahn mit einbezogen. In Feuerbach wurde zusätzlich ein Stollen unter den Gleisen vom Bahnhof errichtet.