De Hollandsche IJzeren Spoorweg-Maatschappij neemt in 1874 als zijtak van de Oosterspoorweg de spoorlijn Hilversum – Lunetten in gebruik. In Utrecht legt de HSM een eigen spoorlijn aan de oostzijde van de stad aan en opent hier een eigen hoofdstation. Na het Maliebaanstation loopt de lijn door naar Lunetten waar een overstapstation voor passagiers richting ‘s-Hertogenbosch is gerealiseerd. De HSM-lijn kruist de bestaande lijnen van NCS en NRS gelijkvloers. Later zijn verbindingsbogen tussen de verschillende spoorlijnen aangelegd. Intensievere samenwerking tussen de verschillende spoorwegmaatschappijen zorgt ervoor dat in de loop van de twintigste eeuw steeds meer treinen naar het Utrechtse hoofdstation rijden. Het Maliebaanstation is in 1939 voor reizigers gesloten. De spoorlijn Blauwkapel – Lunetten wordt nog decennialang gebruikt voor goederenvervoer en als omleidingsroute. Later rijden hier vrijwel alleen nog treinen van en naar het museum. Nadat enkele jaren eerder de aansluiting met de lijn richting ‘s-Hertogenbosch is verwijderd, is in oktober 2012 de spoorlijn ten zuiden van het Spoorwegmuseum gesloten en later opgebroken. Tien jaar later verdwijnt ook kruispunt Blauwkapel.

De spoorlijn Hilversum - Utrecht wordt bij stremmingen regelmatig als omleidingsroute gebruikt. Meestal gaat het om treinen tussen Amsterdam en Utrecht maar de laatste jaren komen hier ook regelmatig omgeleide treinen van de route Amersfoort - Utrecht. Treinstellen 4242, 4061 en 4202 zijn op 16 april 2011 onderweg van Groningen naar Rotterdam Centraal. De treinstellen rijden door werkzaamheden via Hilversum en zijn ten zuiden van station Sportpark onder de karakteristieke bovenleidingsportalen te zien.Voor een betere concurrentiepositie en met het oog op de plannen voor de bouw van een nieuw Centraal Station in Amsterdam besluit de HSM zich eind jaren ’60 van de negentiende eeuw voor het eerst op de gebieden ten oosten van de stad te richten. De spoorwegmaatschappij ontwikkelt plannen voor de zogenaamde Oosterspoorweg naar Amersfoort en Duitsland en een zijtak tussen Hilversum en Utrecht, waar een aansluiting op de Staatslijn naar ‘s-Hertogenbosch moet komen. Omdat de Staatslijn aan de zuidzijde van Utrecht start en de HSM niet wil samenwerken met NCS en NRS, besluit de spoorwegmaatschappij een eigen spoorlijn aan de oostzijde van de stad aan te leggen. Als hoofdstation opent de HSM ten oosten van de binnenstad het Maliebaanstation. Voor doorgaande reizigers wordt de lijn doorgetrokken naar de Staatslijn naar ‘s-Hertogenbosch. Ten zuiden van de stad wordt station Lunetten geopend. Het station is alleen voor overstappende reizigers bedoeld en niet van buitenaf toegankelijk. De nieuwe spoorlijn kruist de lijnen van de NCS en NRS respectievelijk ten noorden en ten zuiden van de stad gelijkvloers. De HSM neemt de spoorlijn Hilversum – Lunetten in juni 1874 in gebruik.

Aan het begin van de twintigste eeuw werken de verschillende spoorwegmaatschappijen steeds meer samen. In 1905 wordt bij Blauwkapel de oostelijke verbindingsbaan tussen het Centraalspoor en de Oosterspoorweg geopend. Hiermee is ook rechtstreeks treinverkeer tussen Amersfoort en Lunetten mogelijk en hoeven doorgaande goederentreinen niet langer via het Utrechtse Centraal Station te rijden. De samenwerking zorgt ook voor de opening van de verbindingsbaan met de Rhijnspoorweg richting Driebergen in 1918. Ook deze lijn is bestemd voor het goederenvervoer. Tenslotte is in oktober 1921 de westelijke verbindingsbaan bij Blauwkapel geopend. Hierdoor is rechtstreeks treinverkeer tussen Hilversum en het Utrechtse Centraal Station mogelijk. Dit betekent al snel dat de meeste treinen niet meer naar het Maliebaanstation rijden. Het overstapstation Lunetten wordt in 1932 gesloten en in 1939 wordt ook de reizigersdienst naar het Maliebaanstation gestaakt. De verbinding aan de oostzijde van de Domstad blijft alleen nog van belang voor het doorgaande goederenvervoer. In 1954 wordt in het voormalige Maliebaanstation het Nederlands Spoorwegmuseum geopend.

In 1942 is de spoorlijn, inclusief alle verbindingsbogen, elektrisch berijdbaar. Tussen Hilversum en Blauwkapel zijn sierlijke betonnen spitsbogen neergezet. Deze creatieve oplossing is in 1938 ontwikkeld als gevolg van de metaalschaarste vanwege de oorlogsdreiging in diverse landen. In 2005 zijn de 188 portalen benoemd tot Rijksmonument.

Op 4 juli 2009 rijdt Materieel '54 treinstel 386 de Heimwee Express van Hilversum naar Utrecht Maliebaan. Rechts zijn Plan V stellen 858 en 856 als intercity Utrecht Centraal - Almere Oostvaarders in Hilversum Sportpark aangekomen.In 1989 is het voormalige Maliebaansation weer even voor reizigers per trein bereikbaar. Tijdens het 150-jarig bestaan van de spoorwegen in Nederland in 1989 rijdt NS met pendeltreinen tussen Utrecht Centraal en het Spoorwegmuseum. Na de grote verbouwing van het Spoorwegmuseum keert in 2005 de pendeldienst terug als reguliere treindienst. In 1989 en van 2005 tot eind 2008 maken de pendeltreinen kop bij Utrecht Lunetten. Vanaf december 2008 keren de treinen in Driebergen-Zeist. Vanaf zomer 2010 maken de treinen kop in Blauwkapel of rijden vanaf Amersfoort. Van 2007 tot 2015 rijdt ook de zogenaamde Heimwee Express vanuit het Spoorwegmuseum. Doorgaans wordt eenmaal per maand met museummaterieel vanuit het museum een korte rit in de omgeving gereden. Het baanvak Utrecht Maliebaan – Lunetten is in oktober 2012 gesloten en opgebroken om plaats te maken voor de uitbreiding van de aansluiting van de lijnen naar Arnhem en ‘s-Hertogenbosch bij Lunetten en de geplande tramlijn naar de Uithof. Het Spoorwegmuseum is voortaan alleen nog via Blauwkapel te bereiken. Door de vereenvoudiging van de het baanvak is de lijn naar Blauwkapel sinds 2013 slechts over één spoor berijdbaar. Eind mei 2022 is kruispunt Blauwkapel opgeheven en is het niet langer mogelijk om vanuit Hilversum het Maliebaanstation te bereiken. Na de sanering van de overbodige sporen blijft alleen de enkelsporige verbindingsbaan richting Amersfoort bewaard.

DIENSTREGELING

Op 5 april 2014 rijdt Plan U treinstel 115 van de Stichting DE3 een rit door het westen van het land. Hierbij wordt onder andere het Spoorwegmuseum aangedaan. Het treinstel rijdt hier over het linkerspoor richting Amersfoort. Het andere spoor is sinds vereenvoudiging van het baanvak in 2013 gesloten. In de eerst jaren rijdt de HSM rechtstreekse treinen tussen Amsterdam en Utrecht Staatsspoor. De treinen rijden via het Maliebaanstation en maken kop in Utrecht Luntten. De treindienst naar het Staatsspoorstation is echter al snel beperkt tot enkele treinen per dag. De HSM rijdt samen met de SS dagelijks zo’n vijf doorgaande treinen van Amsterdam via het Maliebaanstation naar Eindhoven. Ook rijden een aantal treinen tussen Amsterdam en Utrecht Maliebaan. Wanneer de SS in 1890 de NRS overneemt, verschuift de doorgaande treindienst tussen Amsterdam en het zuiden naar de Rhijnspoorweg. Zo doen treinen ook het Utrechtse hoofdstation aan. De HSM blijft met zo’n vijftien treinen per dag tussen Amsterdam en Utrecht Maliebaan rijden. Een enkele trein rijdt door naar Lunetten. Wanneer bij Blauwkapel de westelijke verbindingsboog gereed is, rijden de meeste treinen vanuit Hilversum naar Utrecht Centraal. Een belangrijk deel van de treinen rijdt vanuit Amsterdam. Tot de sluiting van het Maliebaanstation in 1939 rijden van en naar Hilversum dagelijks nog zo’n tien pendeltreinen.

Na de Tweede Wereldoorlog gaan de treinen tussen Hilversum en Utrecht in een halfuursdienst rijden. In de loop van de jaren ’60 rijden de treinen Hilversum – Utrecht min of meer in een twintigminutendienst. Eén van de drie treinen rijdt van en naar Amsterdam. Met het invoeren van de nieuwe dienstregeling bij Spoorslag ’70 gaan vier treinen per uur rijden. Twee treinen rijden tussen Amsterdam en Utrecht en twee treinen pendelen tussen Hilversum en Utrecht.

Op 24 november 2019 rijdt SLT-treinstel 2403 als sprinter van Hoofddorp naar Utrecht Hollandsche Rading binnen.De dienstregeling tussen Utrecht en Hilversum blijft zo’n 25 jaar nagenoeg ongewijzigd. Hierna verandert de treindienst vrijwel elk jaar. In mei 1993 wordt de verbinding Weesp – Amsterdam RAI geopend en laat NS de doorgaande stoptreinen uit Utrecht via Duivendrecht naar Schiphol rijden. Twee jaar later voert NS ook wijzigingen in de treindienst tussen Utrecht en Hilversum door. De pendeltreinen tussen beide plaatsen slaan voortaan buiten de spits de tussenliggende stations over. De stoptreinen rijden eenmaal per uur naar Amsterdam Centraal en eenmaal per uur via Duivendrecht en Schiphol naar Den Haag Centraal. Een jaar later wordt laatstgenoemde stoptreindienst ingekort tot Hoofddorp. Weer een jaar later rijden de stoptreinen elk halfuur via Amsterdam Centraal naar Hoofddorp. In mei 1998 trekt NS de sneltreindienst door naar Naarden-Bussum. De stoptreinen rijden voortaan elk halfuur via Duivendrecht en Schiphol naar Leiden Centraal. In januari 2000 staakt NS de sneltreindienst Utrecht – Naarden-Bussum en laat weer elk halfuur stoptreinen tussen Utrecht en Hilversum pendelen.

Treinstel 452 verlaat op 14 april 2007 als ledig materieel richting Utrecht het emplacement van Hilversum.In december 2003 is de Gooiboog gereed en voert NS een uurdienst Utrecht – Almere Buiten in. Het andere halfuur rijdt een trein Utrecht – Naarden-Bussum. In de spits rijden ook deze treinen van en naar Almere. Naast beide treinen laat NS ook nog altijd tweemaal per uur een stoptrein Utrecht – Leiden via Hilversum rijden. Een jaar later trekt de vervoerder de treindienst naar Almere Buiten door naar Almere Oostvaarders. Weer een jaar later koppelt NS de treindienst naar Flevoland in Utrecht aan de stoptreinen Utrecht – Rhenen. In december 2006 worden de treindiensten weer losgekoppeld en rijden de treinen Utrecht – Almere Oostvaarders een volledige halfuursdienst. Bovendien krijgen de treinen de intercitystatus. Desondanks slaan ze alleen Hollandsche Rading, Hilversum Noord en Bussum Zuid over. In december 2009 is de treindienst naar Almere ingekort tot Almere Centrum. Hoewel de treinen de drie genoemde stations blijven overslaan, rijden ze vanaf december 2012 als Sprinter.

MATERIEELINZET

Museumstel 273 rijdt op 25 augustus 2007 met de Heimwee Expres langs de voormalige halte Utrecht Biltstraat.Speciaal voor de lijnen in Het Gooi ontwikkelt NS in 1939 het Materieel ’40. De toestand van het spoorwegmaterieel tijdens en na de Tweede Wereldoorlog zorgt er echter voor dat na de elektrificatie in 1942 vooral het oude Materieel ’24 en later het Materieel ’36 door Het Gooi rijdt. De verbinding Amsterdam – Hilversum – Utrecht behoort eind jaren ’50 tot de laatste trajecten waar het Materieel ’24 met eigen tractie rijdt. In 1959 verdwijnen de laatste treinstammen met motorrijtuigen uit de dienstregeling. Ruim tien jaar later verdwijnt ook het Materieel ’36 van de verbinding. De laatste stellen rijden in 1970 nog enkele stoptreinen tussen Hilversum en Utrecht. De treindienst wordt vervolgens overgenomen door het nieuwe Materieel ’64. Het materieel rijdt lange tijd vrijwel alle treinen op het traject.

Decennialang beheerst het Materieel '64 de stoptreindienst in 't Gooi. Op 23 april 1994 is links treinstel 944 in Hilversum binnengekomen als pendeltrein uit Utrecht Centraal. Rechts vertrekken treinstellen 808 en 897 als stoptrein van Amsterdam Centraal naar Amersfoort.Begin jaren ’90 neemt het Stadsgewestelijk Materieel een aantal treindiensten op het baanvak over. In de loop van de jaren ’90 groeit het aantal diensten met Plan V en Plan T treinstellen echter weer. Rond 2005 neemt het Dubbeldeks Aggloregiomaterieel een aantal treinen op de verbinding over. Eind 2009 verdwijnt het Materieel ’64 definitief uit de reguliere treindienst tussen Hilversum – Utrecht. Sinds december 2012 rijden vrijwel alle treinen tussen Hilversum en Utrecht met het SLT-materieel.