In den Jahren 1998/99 investierte die Deutsche Bahn AG umfangreiche finanzielle Mittel in die Generalsanierung der Strecke, nachdem der Verkehrsverbund Oberelbe eine Bestellung der Verkehrsleistungen über 15 Jahre garantiert hatte. Der letzte und fünfte Aufbau begann im Dezember 2002, nachdem die "Jahrhundertflut" im August nahezu das gesamte Müglitztal verwüstet hatte. Dieser war am 20. Dezember 2003 abgeschlossen, so dass die Linie mit einem Volksfest erneut in Betrieb genommen werden konnte. Durch Rückgang der Fahrgastzahlen war der Weiterbetrieb der Müglitztalbahn in der Nachwendezeit nach 1990stark gefährdet. Heute sieht die Situation völlig anders aus. Von der Städtebahn Sachsen wird werktags ein Stundentakt angeboten, zum Einsatz kommen die Siemens-Desiros der Baureihe 642. Aufgrund der hohen Nachfrage im Berufsverkehr richtete der VVO ab 11. Juni 2017 eine parallele Eilbuslinie ein, da eine Verdichtung des Taktes wegen fehlender Kreuzungsmöglichkeiten nicht möglich ist.
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