Der nächste Streckenabschnitt zwischen Backnang und Murrhardt wurde am 11. April 1878 eröffnet. Ab 15. Mai 1880 war die Murrbahn dann von Waiblingen bis Hessental durchgängig befahrbar. Zur Erschließung der eisenbahnfernen Gebiete entstanden bereits vor dem Ersten Weltkrieg erste Omnibuslinien. Genannt sei die Kraftbetriebsgesellschaft Winnenden-Oppelsbohm.

Vor dem Krieg wurde auch mit Planungen für eine Erweiterung des Bahnhofs Winnenden begonnen. Details diesbezüglich gehen hervor aus einer Vereinbarung zwischen der Bauinspektion Hall und der Stadtgemeinde Winnenden vom 24. Januar 1914 sowie zwei späteren Nachträgen. Unter anderem sollte die Bahnbrücke über den Zipfelbach und die Schwaikheimer Straße „zur Ueberführung von zwei weiteren Gleisen neben dem vorhandenen Gleis auf der nördlichen Seite erbreitert“ werden. Ende September 1915 waren sämtliche neuen Anlagen fertiggestellt. Lediglich die Anpflanzung einer Hecke auf dem Schutzdamm stand noch aus, die mutmaßlich bis Frühjahr 1916 nachgeholt wurde. Einschränkungen durch den Krieg traten bei den Arbeiten nicht auf. Insgesamt blieb die Murrbahn währenddessen von Schäden verschont.  

In einer Denkschrift vom 16. September 1931 forderte der Verkehrsverband für die Murrbahn, der seinen Sitz in Backnang hatte, den Vollausbau und die Elektrifikation der Strecken Stuttgart-Crailsheim und Bietigheim-Backnang. Im Kapitel „Wirtschaftliches“ heißt es: „Winnenden und Umgebung haben einen sehr starken Arbeiterverkehr nach Cannstatt, Stuttgart und Untertürkheim. Alle diese Arbeiter sind auf pünktlichen Lauf der Züge, sowie auf Berücksichtigung des jeweiligen Arbeitsbeginns angewiesen. In beiden Beziehungen erweist sich der eingleisige Betrieb allzu oft als das entscheidende Hindernis.“ Beklagt wurde überdies eine zunehmende „Abwanderung auf den Kraftwagen“.

Am Abend des 20. April 1945, kurz vor der Besetzung Winnendens durch Soldaten der 100. US-Infanteriedivision, wurde die Zipfelbachbrücke durch Angehörige der deutschen Wehrmacht gesprengt. In einem 1948 verfassten Bericht des Bürgermeisteramts Winnenden an das Statistische Landesamt von Württemberg-Baden über die letzten Kriegstage steht geschrieben: „Eine Notbrücke machte es möglich, dass der Zugverkehr nach Stuttgart am 1. Juli 1946 wieder aufgenommen werden konnte.“ Die Zipfelbachbrücke war wohl schon im Februar 1946 fertiggestellt. Der Wiederaufbau des ebenfalls zerstörten Viadukts bei Neustadt dauerte dagegen länger.

Am 2. Oktober 1949 erfolgte die Aufnahme des elektrischen Zugbetriebs zwischen Stuttgart-Bad Cannstatt und Waiblingen. Es war die erste Strecke, die nach dem Zweiten Weltkrieg von der neugegründeten Deutschen Bundesbahn elektrifiziert wurde. In der ersten Hälfte der 1960er-Jahre kam es dann zum zweigleisigen Ausbau des Streckenabschnitts Waiblingen-Backnang der Murrbahn, wobei ebenfalls auf elektrischen Zugbetrieb umgestellt wurde. 

Das Bauprojekt war sehr aufwändig. Die Winnender Zeitung kündigte am 27. April 1963 an: „Im Zuge des zweigleisigen Ausbaus der Murrbahn muß die bestehende Eisenbahnbrücke beim Bahnhof Winnenden über den Buchenbach abgebrochen werden. An deren Stelle wird eine neue Brücke errichtet, über die zwei Gleise führen werden. […] Die Arbeiten erfordern größte Vorsicht, da der Zugverkehr nicht unterbrochen werden soll.“ Die neue moderne Überführung war 1965 fertig. „Gleichzeitig“, so beschreibt es ein Beitrag im Wochenblatt vom 21. Oktober 1976, „wurde unter Aufhebung des schienengleichen Bahnübergangs in der Leutenbacher Straße die Kreisstraße Winnenden-Leutenbach gebaut und unter dieser Brücke diese Straße verlegt.“

Ab 22. September 1965 standen die neuen elektrischen Fahrleitungsmasten unter Hochspannung. Zwei Tage später fand auf dem Abschnitt Waiblingen-Backnang die Einweihung des elektrischen Zugbetriebs und des zweiten Streckengleises statt. Über die Eröffnungsfeier auf dem Winnender Bahnhof wusste die Lokalzeitung am 25. September Folgendes zu berichten: „Feierliche Marschmusik, die sich mit den Jubelrufen der Zuschauer, die in die Hunderte zählten, mischten, und winkende Arme begrüßten am Freitagmorgen den Sonderzug mit den Ehrengästen, der langsam auf Gleis 1 des Winnender Bahnhofs einrollte. […] Bürgermeister Schwab sagte, daß die Bevölkerung froh und glücklich darüber sei, daß der zweigleisige Ausbau der Strecke wenigstens bis Backnang erfolgt sei, weshalb er den Dank dafür an die Deutsche Bundesbahn und an das Land Baden-Württemberg, das dieses Projekt wohlwollend unterstützt habe, aussprechen wolle.“   

Sonderzüge verkehrten nicht nur bei der Eröffnung von Bahnstrecken oder der Einweihung von Neuerungen, sondern auch aus anderen Anlässen. Genannt sei die Städtepartnerschaft zwischen Winnenden und Albertville. So fuhr im Mai 1969 ein Sonderzug mit 417 Winnender Teilnehmern nach Albertville. An Pfingsten 1970 kamen rund 700 französische Gäste per Bahn zum Gegenbesuch in die schwäbische Stadt.  

Mitte der 1970er-Jahre endete der Dampfbetrieb auf der Murrbahn. Und 1981 erhielt Winnenden Anschluss an die S-Bahn, rückte damit näher an die Landeshauptstadt Stuttgart heran. Am 26. September gab es wiederum eine Eröffnungsfeier mit Musik und einer Rede des Stadtoberhaupts, Oberbürgermeister Karl-Heinrich Lebherz. Besonderheit damals: In Anbetracht der 800-Jahrfeier der urkundlichen Ersterwähnung Winnendens wurde an vergangene Zeiten erinnert. „Damen und Herren in historischen Kostümen präsentierten den köstlichen Rebensaft in zinnernen Bechern“, heißt es in der Winnender Zeitung vom 28. September. 

Aus den 1990er-Jahren sind zwei Ereignisse erwähnenswert, die nur die Bahnstation Winnenden betrafen. Im Februar 1996 wurde die Zahl der Fahrradabstellplätze auf dem Gelände der Deutschen Bahn erweitert. Und am 19. September 1997 fand in Anwesenheit des baden-württembergischen Verkehrsministers Hermann Schaufler die Einweihung des Zentralen Omnibusbahnhofs (ZOB) statt. Bezüglich des Bauvorhabens zitiert das Amtsblatt „Blickpunkt“ vom 24. September aus der Rede von Oberbürgermeister Bernhard Fritz: „Es wurden 8 Buswarteplätze, ein Sonderbushalteplatz und ein weiterer Halteplatz angelegt. Ergänzend dazu wurden Taxen-, Kurz- und Behindertenparkplätze geschaffen. Bei den Bushalteplätzen gibt es 3 doppelseitige und eine geschlossene Wartehalle, dazu eine behindertengerechte WC-Anlage.“