Før 1924 var det trafik til/fra Masnedø som gav trafik på banen som en del af Sydbanen. Efter åbning af den dobbeltsporede første etape af Midtbanen imellem Næstved og Ringsted blev det meste af den gennemgående trafik flyttet dertil. Men efter 1924 har der være enkelte gennemgående tog til/fra Nykøbing Falster og internationale tog. Persontogsdriften varetages i dag af DSB, mens Railion Danmark kører enkelte godstog til Køge. Desuden er der i 2007 syd for Lille Skensved etableret sidespor til transportcentret, der fortsat kan betjenes.  Elektrificering Som en del af et finanslovsforlig mellem Enhedslisten og regeringspartierne (Socialdemokraterne, Det Radikale Venstre og Socialistisk Folkeparti) vedtog Folketinget i forbindelse med finansloven 2013 at afsætte 650 mio. kroner til at elektrificere strækningen fra Næstved st. over Køge til den kommende station Køge Nord (ved København-Ringsted banen). Baggrunden for beslutningen var blandt andet, at Banedanmarks analyser havde vist, at der ville være en samfundsmæssig forretning på mellem 7,3 og 8,5 % ved at elektrificere denne strækning.  Planen er, at der skal være direkte tog fra København over Køge til Næstved, mens strækning Køge-Roskilde skal betjenes i samdrift med Østbanen.  Mulig hastighedsopgradering I forbindelse med den kommende udrulning af det nye signalsystem togkontrolsystem ERTMS/ETCS niveau 2 har Banedanmarks analyser vist, at det vil være muligt at opgradere hastigheden på banestrækningen mellem Næstved og Køge til 160 km/t for 256 mio. kroner (2012 priser). Dette forventes, at kunne give en samfundsmæssig forrentning på 30 %.  Evt. kommende ny operatør og køreplan 03.11.2009 meddelte Trafikstyrelsen, at Lille Syd skulle sendes i udbud på samme måde som Kyst- og Øresundsbanen, der trafikeres af DSB Øresund og Midt- og Vestjylland, som trafikeres af Arriva. Det var herefter meningen, at operatøren kunne overtage driften af Lille Syd ved overgangen til køreplan 2012. Dette blev dog aflyst i juli 2010, da Trafikstyrelsen besluttede at udskyde udbuddet til omkring 2018. Begrundelsen herfor var blandt andet, at strækningen ikke egnede sig til udbud, i perioden hvor Banedanmark ville benytte strækningen som teststrækning for det nye signalsystem togkontrolsystem ERTMS/ETCS niveau 2, samt at anlægget af København-Ringstedbanen også ville skabe en del sporarbejder på Lille Syd.  Beslutningen om at elektrificere strækningen Næstved-Køge Nord skyldes som nævnt ovenfor iflg. Trafikstyrelsen et fremtidigt ønske om at betjene denne del af strækningen med elektriske togsæt, som videreføres til København via København-Ringstedbanen. Den resterende del af Lille Syd vil blive betjent af Regionstog, som videreførsel af Østbanen til Roskilde. Herved vil dele af Lille Syd alligevel blive tildelt en anden operatør end det nuværende DSB Fjern- og Regionaltog.