民国时期，渭南境内两条铁路机务先后隶属潼关机厂（后改为华阴车房）、长安机厂和咸铜机务段。机厂除管理机车外，兼管客、货车检修、机车用煤、用水、电力等。民国三十六年（1947），陇海铁路潼关站以西及咸铜支线共有蒸汽机车69台，其中可行驶的55台，全部为国外制造，分别在华阴、长安、宝鸡等地检修。使用时实行轮班乘务制，每班3人，两班同时值乘，轮换工作。

　　中华人民共和国成立初期，潼关机务段成立，担当潼关至西安客车和潼关至河南陕县区段客货列车牵引，西安至铜川间客货车牵引由咸铜（耀县）机务段担负。并实行以机车负责制为中心的包乘制，每台机车固定9名乘务员，三班轮换值乘，机车保养分工负责。机车经本段所在地车站时，均不入库，只补煤补水。此期，每台机车牵引定数为700吨。1952年，咸铜机务段撤销后，机车隶属长安机务段。上、下行提高为1000吨。1954年，开始使用国产的解放、前进和人民型机车，替代陈旧的国外杂牌蒸汽机车。1958年，潼关至西安段单机上、下行牵引吨位提高为2200吨。咸铜线西安至铜川段为800吨～1500吨。1961年，孟塬至西安段单机上行2000吨，下行2800吨，西安至铜川段为800吨～2200吨。20世纪70年代开始，渭南境内铁路机车仍然由西安机务段统辖，担负西安至孟塬、西安至铜川两区段客货列车牵引工作。1973年，西侯铁路西安至韩城段机车由韩城机务段统辖，牵引全线客货列车。韩城至甘井区段86公里，最大坡度12‰，以前进机车作补机，实行双机牵引。1976年，单机牵引吨位定数：孟塬至西安上行2600吨，下行2900吨；铜川至西安上行3000吨，下行3200吨；韩城至西安上行1100吨，下行2600吨（补机牵引）。1980年，孟塬至潼关段11.6公里，坡度较大，始由西安机务段用补机牵引，后交由三门峡机务段补机。1985年10月1日，西安至三门峡客运列车牵引开始使用郑州南机务段北京型内燃机车。1986年6月，配属韶山Ⅰ型（SSI）电力机车，担负三门峡至宝鸡段列车牵引。1988年8月，陇海线孟塬至西安东站开始使用电力机车牵引，少数线路开始配置内燃机车。1990年，咸铜、西侯、西延三线部分路段仍使用蒸汽机车，分别由韩城、梅家坪、新丰镇机务段担负。陇海线孟塬至西安段所有列车全部使用电气机车牵引。上行单机牵引定数3500吨，下行单机3300吨。咸铜线上行蒸汽单机牵引定数3000吨，下行1100吨；西侯线上行1100吨，下行2600吨（补）；梅七线上行2700吨，下行720吨。各线路蒸汽机车牵引综合技术速度44.6公里/时，平均每日每车392公里，日产量72.3万吨公里。1993年，西侯线开始配置内燃机车。11月，陇海线开行特运列车，运送境内渭河化肥厂专用大型设备进厂。1995年，西延线新丰镇至蒲城站间改由内燃机车牵引。各线路电力、内燃机车与蒸汽机车并存。年末，货运机车平均牵引2334吨，日产量73.4万吨公里。1997年后，陇海线机车牵引速度历经了两次提速。2000年10月，陇海线进行第三次提速前，西安机务段抽调106名乘务员组成长交路快速机车队，配备国产新型准高速电力机车，实行双司机驾驶，担负西安至郑州间6对直通快车值乘。21日，实行第三次提速，西安至北京增开132/131次快速列车。货车牵引速度27.3公里/时，机车日产量77.5万吨公里。

　　2002年，担负境内线路客货列车牵引任务的两个机务段配置机车253台，其中电力机车147台，内燃机车106台，淘汰了蒸汽机车。机车平均日产量为86.8万吨公里。客车出发正点率99.7%，运行正点率98.9%；货车出发正点率90.3%，运行正点率93.8%。