Im Südwesten des Deutschen Bundes lagen das Großherzogtum Baden und das Königreich Württemberg. Obwohl diese beiden Staaten heute ein Bundesland bilden, standen ihre Staatsbahnen bis zur Gründung der Deutschen Reichsbahn in hartem Konkurrenzkampf untereinander und kämpften um den Transitverkehr über die Alpen.
Nach Braunschweig war Baden der zweite deutsche Staat, der eine Staatsbahn gründete. Die Motivation dazu gab es ab 1837, als im französischen Elsass eine Bahnstrecke auf der linken Rheinseite eröffnet worden war und man als Konkurrenz dazu eine eigene Strecke auf der rechten Seite bauen wollte. Die Verwaltung der Bahn wurde dem Außenministerium zugeteilt, welches die Umsetzung an die Oberpostdirektion abgab.
Somit begann 1838 der Bau der Badischen Hauptbahn, die von Mannheim bis ins Schweizer Basel gehen sollte. Sie wurde in der Spurweite von 1.600 mm ausgeführt, womit man in weitem Umkreis eine Einzelstellung inne hatte. Der erste Abschnitt der so ausgeführten Strecke wurde im September 1940 eröffnet und ging bis Heidelberg. Man kam 1851 in Haltingen kurz vor der Schweizer Grenze an und musste zunächst Verhandlungen mit der Schweiz über die Fortführung nach Basel führen. Ebenso gab es harte Verhandlungen mit Württemberg, da man sich zunächst nicht über einen weiteren, weiter östlich gelegenen Transitkorridor einigen konnte.
Man hielt lange an der Breitspur fest, da man einen zukünftigen Verkehr über Staatsgrenzen hinweg für unrealistisch hielt und erbaute den Großteil der Hauptbahn in dieser Spurweite. Die Umspurung erfolgte erst 1854 und 1855, als man bemerkt hatte, dass ausnahmslos alle benachbarten Staaten ihre Netze in der Normalspur von 1.435 mm ausführten. Ebenfalls 1855 erreichte man Basel und bis 1863 wurde die Hauptstrecke bis Konstanz erweitert. Nachdem diese mit einer Länge von 414,3 km als abgeschlossen angesehen wurde, widmete man sich der regionalen Erschließung durch Zweigstrecken.
Es wurden außerdem zunehmend Strecken in die benachbarten deutschen Staaten, sowie in die Schweiz und nach Frankreich eröffnet. Eine Meisterleistung ihrer Zeit gelang mit der Schwarzwaldbahn, die zwischen 1863 und 1873 gebaut wurde und auf einer Länge von 149 km 650 Höhenmeter überwand und dabei 39 Tunnel durchquerte. Als die Post 1872 in die Reichspost ausgegliedert wurde, wurden die eigenständigen Großherzoglich Badischen Staatseisenbahnen gegründet.
Wie vielerorts auf dem europäischem Festland, orientierte man sich beim Thema Fahrzeuge zunächst an England und bestellte die ersten Lokomotiven bei Sharp, Roberts & Co. in Manchester. 1841 gründete Emil Keßler in Karlsruhe die Maschinenbaugesellschaft, um die Staatsbahn mit Fahrzeugen zu versorgen. Karlsruhe blieb lange der Hauptlieferant, daneben wurden auch viele Lokomotiven bei Grafenstaden im Elsass und Maffei in München beschafft. Während man schon in den Anfangsjahren mit Crampton-Loks internationale Trends aufgriff, stellte man später Loks mit windschnittigen Verkleidungen und mit Vierzylinder-Verbundtriebwerken in Dienst. Auf der Höllentalbahn im Schwarzwald setzte man das Zahnradsystem nach System Bissinger-Klose ein.
Bei den Nachbarn im Königreich Baden gab es bereits ab 1834 Pläne von privaten Geschäftsleuten für Bahnstrecken. Da der Staat aber die lukrativen Hauptstrecken und vor allem die Grenzübergänge selbst unter Kontrolle halten wollte, wurden diese Pläne zunächst abgelehnt. 1843 wurden schließlich die Königlich Württembergischen Staats-Eisenbahnen gegründet und gesetzlich festgehalten, dass Nebenstrecken von privaten Unternehmen gebaut werden dürfen.
Die Hauptstrecken wurden ausgehend von Stuttgart zwischen 1845 und 1854 abschnittsweise eröffnet. Den Anfang machte die Ostbahn, die nach Ulm führte und von dort aus von der Südbahn bis zum Bodensee nach Friedrichshafen fortgeführt wurde. Außerdem wurden von Stuttgart aus die Westbahn bis nach Bruchsal in Baden und die Nordbahn bis nach Heilbronn gebaut. Erst ab 1959 widmete sich man dem Bau von Zweigstrecken in größerem Umfang.
Im Gegensatz zu den Nachbarn bediente man sich in Württemberg bei den Fahrzeugen amerikanischer Vorbilder. So konnte man nicht nur an den Lokomotiven der 1840er Jahre eindeutige amerikanische Linien erkennen, sondern auch schwere Großraum-Personenwagen mit Drehgestellen finden. Mit der Zeit setzten sich preußische Einflüsse durch, während die Fahrzeuge weiterhin überwiegend in Esslingen hergestellt wurden. Federführend als Obermaschinenmeister war ab 1885 zunächst Adolf Klose, der Errungenschaften wie Verbundtriebwerke und Zahnradlokomotiven einführte. Ihm folgte 1896 Eugen Kittel, der den Heißdampf in Württemberg etablierte und als einer der ersten in Deutschland Dampftriebwagen beschaffte. Mit der K führte er die einzige sechsfach gekuppelte Dampflok in Deutschland ein.
Nach dem Ersten Weltkrieg ereilte beide Bahnen das gleiche Schicksal wie alle Länderbahnen. Als der badische Großherzog am 9. November 1918 abdankte, erfolgte die Umbenennung in „Badische Staatseisenbahnen”. Zu diesem Zeitpunkt bestand das Inventar aus 915 Lokomotiven, 2.500 Personenwagen und 27.600 Güterwagen. In Württemberg danke der König am 30. November des gleichen Jahres ab und somit wurde auch hier das „Königlich” aus dem Namen gestrichen. Vor dem Krieg hatte der Fahrzeugbestand etwa 850 Lokomotiven, 2.500 Personenwagen und 15.300 Güterwagen umfasst. 1920 gingen beide in der Deutschen Reichsbahn auf und ihre Netze bildeten die Reichsbahndirektionen Karlsruhe und Stuttgart.