Die Lokalbahn nahm den Verkehr mit den bewährten Lokalbahnloks der Reihe 97 der kkStB auf. Diese Naßdampf- Dreikuppler Maschine mit 180 PS konnte einen 130 t schweren Zug auf einer Steigung von 20 ‰ noch mit immerhin 15 km/h befördern. Diese Lok kann man heute noch in unserem nördlichen Nachbarland Tschechien unter der Reihennummer 310 im Museumsbetrieb bewundern.
Um die Reisezeit zu verkürzen, wurde 1908 eine neue Type, die Reihel99 der kkStB, (spätere ÖBB Reihe 91) beschafft. Bei dieser Maschine handelte es sich ebenfalls um eine dreifach gekuppelte Lok, die aber zusätzlich mit einer Vorlaufachse ausgeführt war. Die Maschine hatte ein Zweizylinder Verbundtriebwerk, leistete bis 400 PS und kam auf eine Höchstgeschwindigkeit von 60 km/h. Die Lok mit der Nr. 199.03 blieb bis zum 2. Weltkrieg der Betriebsleitung Zwettl zugeteilt. Eine Lok dieses Typs wurde durch die Brenner und Brenner Dampflokomotivenbetriebsgesellschaft als Museumsmaschine erhalten.
Durch den rückläufigen Verkehr in der Zwischenkriegszeit war man gezwungen, den Betrieb zu rationalisieren. Im Personenverkehr begann man mit den verschiedensten Motortriebwagen zu experimentieren.
Im Jahre 1929 kam die neueste Lokalbahnlok der damaligen BBÖ, die Reihe 378 (spätere Reihe 93 der ÖBB) auf die Zwettler Lokalbahn. Diese starke Maschine der Achsfolge 1'D 1', mit Zweizylinder Heißdampf-Triebwerk wurde die Standardtype der Lokalbahn und blieb ihr bis zum Ende des Dampfbetriebes im Jahre 1976 erhalten.
Zwischendurch kamen auch Dampflokomotiven der ÖBB Reihe 92, aber auch der Dampftriebwagen der Reihe 3071 zum Einsatz.
Ab 1975 übernahmen Dieselloks der Reihen 2043 und 2143 den Verkehr.
Bis zum Erscheinen der Triebwagen der Baureihe 5047, die heute den gesamten Personenverkehr zwischen Schwarzenau und Zwettl abwickeln, waren auch Triebwagen der Reihen 5046 und 5045 (Blauer Blitz) im Einsatz.