Con legge 25 aprile 1932, n. 459 (conversione di un RDL del 22 ottobre 1931 riguardante la concessione delle linee), l'esercizio della rete ferroviaria così costituita viene concessa alla Società per le Ferrovie del Sud-Est. La rete, suddivisa in sette linee tutte fra loro a contatto, è ammessa ai Servizi Cumulativi Italiano e Internazionale attraverso le 4 stazioni comuni con le F.S. di Bari Centrale, Taranto Centrale, Francavilla Fontana (BR) e Lecce:
- Bari F.S. - Taranto F.S. (con diramazione Mungivacca - Casamassima - Putignano)
km. 155,987
- Martina Franca - Lecce F.S.
km. 102,582
- Novoli - Gagliano Leuca
km. 74,175
- Casarano - Gallipoli
km. 22,003
- Lecce F.S. - Gallipoli
km. 53,977
- Zollino - Gagliano
km. 46,501
- Maglie - Otranto
km. 18,271

   Alla presidenza della Società viene chiamato il marchese dr. Carlo Bombrini, il quale si trova a dover risolvere subito alcuni importanti ed urgenti problemi di funzionalità poiché le linee che compongono la nuova rete unificata sono state costruite in un arco di tempo di oltre 60 anni che va dal 1868 (tratto Lecce - Zollino - Maglie) al 1931 (tratta Martina - Taranto), seguendo criteri adeguati alle sole necessità locali per alcune, mentre per altre, ad esempio quelle già appartenute alla rete F.S., sono stati adottati criteri più ampi in considerazione dell'uso nazionale cui erano destinate.
   La nuova Società, pertanto, dopo aver provveduto all'unificazione delle tariffe, dà inizio ad un vasto programma di investimenti.
   Vengono inoltre costruiti 8 depositi per locomotive e materiale rotabile viaggiatori a Putignano, Martina Franca, Taranto, Francavilla F., Maglie, Gallipoli, Gagliano Leuca e Otranto e si procede, con urgente priorità, alla protezione di 22 passaggi a livello.
   Per ottemperare agli obblighi stabiliti nell'ambito della concessione, nel 1937 vengono acquistate 2 locomotive a vapore, 18 carrozze a carrelli e 2 bagagliai, anche in considerazione dell'accresciuta domanda di trasporto che alla fine di quello stesso anno supera il milione e mezzo di viaggiatori. In previsione dell'incremento del traffico, l'attenzione dell'Azienda si rivolge alla trazione Diesel, che all'estero ha già raggiunto un notevole sviluppo. Nel 1939 sono in costruzione, presso l'Officina Meccanica della Stanga di Padova, 6 automotrici Diesel meccaniche a carrelli, realizzate su licenza tedesca MAN.
   Allo scoppio della Seconda Guerra Mondiale le Ferrovie del Sud-Est sono pronte a sostenere l'urto della massa di uomini, merci e mezzi che si riversano su di esse e durante tutto il periodo bellico, nonostante le difficoltà di approvvigionamento sempre crescenti, il servizio non subisce interruzioni, anzi assicura particolarmente i collegamenti ferroviari fra Bari e Lecce, via Martina - Francavilla F., di cui si valgono le stesse Ferrovie dello Stato per trasporti militari e civili, stante l'impegno militare della linea adriatica Bari - Brindisi - Lecce. Negli anni dal 1940 al 1943 vengono trasportati complessivamente 15.142.296 viaggiatori, di cui oltre mezzo milione di soldati; nello stesso periodo vengono trasportate merci per oltre 3,6 milioni di tonnellate.
   Malgrado le drastiche limitazioni nel consumo di combustibile, il servizio si eleva di intensità. Con l'apertura del fronte greco-albanese, i trasporti militari verso i porti di imbarco di Taranto e Brindisi raggiungono particolare rilievo e la ferrovia deve assolvere impegni assolutamente eccezionali, perché le composizioni dei treni devono essere addirittura quadruplicate e sulle linee sociali, armate nella maggior parte con armamento leggero e con curve sino ad un raggio minimo di 200 metri, vengono impiegate locomotive a vapore dei gruppi 740, 625 e 880 noleggiate dalla F.S..
   In questo periodo si rende necessaria, a causa del continuo aumento di traffico nella stazione di Bari Centrale che rende sempre più difficoltoso il ricevimento di treni sociali, la trasformazione in stazione del vecchio "posto di movimento" di Bari Garage, che assume così l'attuale denominazione di Bari Sud-Est. Si presenta subito l'esigenza di importanti lavori al piazzale di questa stazioncina ed a tal fine vengono anche espropriati 10.000 mq. di terreno circostante.
   Alla fine del conflitto, il materiale rotabile risulta in gran parte distrutto o inutilizzabile e tutti gli armamenti gravemente danneggiati. per rompere l'isolamento in cui vengono a trovarsi numerosi centri della Puglia giunge provvidenziale, nel 1945, la speciale concessione, da parte del Comando militare alleato di Bari, di gestire 117 autocarri militari Ford e Dodge mentre, nel 1946, dalle Officine Sociali vengono costruiti dei veicoli ad un solo asse rimorchiati da trattori. Con questi mezzi di fortuna, ammessi a circolare dopo notevoli difficoltà, le Ferrovie Sud-Est ripristinano i collegamenti nella Penisola Salentina trasportando viaggiatori e generi di prima necessità.
   Gli anni subito dopo il conflitto vedono riprendere, con entusiasmo e voglia di ricostruire dalle macerie, quei lavori sospesi allo scoppio della guerra.
   Viene portata a termine la nuova Officina di Lecce, si ampliano le stazioni di Triggiano, Capurso, Adelfia, Putignano, Noci e Casamassima, il cui traffico è in continuo aumento. In questo periodo viene ultimato l'impianto degli apparati centrali a filo nelle stazioni della linea Mungivacca-Casamassima-Putignano (escluse le stazioni capotronco) mentre la rete delle telecomunicazioni viene potenziata con un nuovo circuito telegrafico diretto fra Putignano e Martina Franca.
   Nel dicembre del 1947 le Officine Breda consegnano 12 carrozze a carrelli dello stesso tipo di quelle già in uso dal 1937: ciò permette di demolire 17 vecchie vetture a due assi. Il treno inaugurale per l'immissione in servizio di queste nuove carrozze si tiene il 12 gennaio 1948. Frattanto, con 4 serie di carrelli e telai di automotrici Diesel MAN, distrutte per fatto bellico ed ottenute dalla Ferrovia Benevento-Cancello in permuta di una locomotiva a vapore e due vetture a due assi ricostruite, si inizia - presso le Officine Reggiane e le Officine Stanga - la ricostruzione di quattro automotrici diesel di tipo similare a quelle già in servizio, che nel 1951 vanno ad incrementare il parco sociale.
   Il parco di dieci automotrici pone nuovi problemi di manutenzione e riparazione con caratteristiche proprie: viene perciò ampliata la rimessa vetture della ex Ferrovia Bari-Locorotondo, a Bari Sud-Est, trasformandola in un unico ambiente da 15 metri di luce e 70 metri di lunghezza, con copertura a volta, dotato di carro ponte da 5 tonnellate, in servizio nel reparto riparazione motori, di banco prova per pompe di iniezioni e di apposito banco prova motori.
   Per migliorare il più possibile la marcia dei treni, si procede in via sperimentale alla saldatura delle rotaie con il sistema alluminotermico, sul tratto di circa 62 km fra Lecce e Francavilla F.. Prima di passare alla fase esecutiva sono dettagliatamente studiate le modalità di esecuzione, anche in relazione allo stato di conservazione delle rotaie ed in considerazione del tipo di attacco (diretto) e del numero delle caviglie in opera è ritenuto opportuno limitare la saldatura a due campate per volta, pervenendo così alla lunghezza di m. 24 per campata.
   Il materiale merci, infine, viene dotato di apparecchiature per freno continuo Breda e Westinghouse e di organi di trazione rinforzati; tetti metallici sostituiscono, per i carri coperti idonei al servizio internazionale e per le vetture a carrelli, quelli in legno e tela.
   Nei primi anni '50 le FSE vennero ammesse ai benefici della legge 2 agosto 1952, n. 1221, volta a risanare ed ammodernare le reti ferroviarie in concessione all'industria privata. Al termine del lungo iter istruttorio - che confermò la validità delle decisioni del 1931 che avevano costituito il raggruppamento ferroviario della Penisola Salentina - l'ammodernamento accordato non fu tuttavia in grado di provvedere alle intere esigenze della rete del Sud-Est, anche perché l'orientamento governativo fu rivolto soprattutto alle forniture di nuovo materiale rotabile al fine di eliminare la trazione a vapore, ritenuta la prima responsabile del decadimento della ferrovia e del consolidarsi sempre più dei trasporti su strada.
   Le sfavorevoli conseguenze di questo orientamento apparvero evidenti con l'immissione in servizio delle nuove automotrici Diesel e dei nuovi locomotori diesel-elettrici, sia per le preoccupanti insufficienze degli armamenti, sia per i sistemi di protezione della circolazione che costituivano un ostacolo al pieno utilizzo delle prestazioni del nuovo materiale di trazione.
   La necessità di proseguire nei lavori di ammodernamento degli impianti si rese sempre più evidente.
   La fornitura di nuovo materiale rotabile comprendeva: n. 30 automotrici diesel meccaniche di costruzione Breda-Aerfer (tipo ALn 664, classificazione Ad 51/80), n. 22 rimorchiate pilota di costruzione Officine della Stanga (classificazione R551/572), n. 13 locomotive diesel-elettriche "Reggiane" (classificazione BB 151/163), n. 5 locomotive idrauliche di manovra Deutz-Greco (classificazione B101/105). Le progettazioni sociali avrebbero preferito un unico parco di unità motrici di potenza non superiore a 350 Hp, con possibilità di accoppiamento multiplo ove il traffico lo avesse richiesto.
   Le FSE, nell'impossibilità di pervenire ad un rinnovo totale della rete ferroviaria, causa la mancanza di un'adeguata copertura finanziaria, furono obbligate a difendere il proprio traffico con gli stessi mezzi della concorrenza: esse quindi migliorarono, con priorità assoluta su tutte le altre iniziative, i servizi automobilistici di linea che sino ad allora avevano svolto un servizio niente affatto marginale e integrativo di quello ferroviario. Nel 1950 la rete automobilistica constava di 47 autolinee, per una lunghezza di esercizio di 1.700 km ed un traffico viaggiatori di 4,7 milioni di viaggiatori l'anno.
   Nel frattempo, per meglio rispondere alle necessità del parco rotabili, il vecchio deposito della Ferrovia Bari - Locorotondo viene ingrandito e trasformato in un grande capannone di 1.050 mq coperti e questa realizzazione si dimostrerà perfettamente rispondente ad accogliere l'imponente parco della trazione diesel di cui la rete sarà dotata con l'ammodernamento.
   Alla fine degli anni sessanta, il parco rotabili risulta insufficiente e giunge quanto mai opportuna la richiesta degli organi regionali e statali di preparare un nuovo piano di ammodernamento del materiale rotabile e degli impianti. La esigenze delle FSE sono tuttavia tenute in considerazione solo alcuni anni dopo, e, in sede di revisione della sovvenzione di esercizio,viene prevista una quota aggiuntiva per incrementare i fondi di rinnovo.
   Con i nuovi finanziamenti vengono ordinate n. 15 automotrici Fiat ALn 668 (serie 1900) e n. 7 rimorchiate semipilota del tipo Ln 882.
   Contemporaneamente viene portato avanti il programma di rinnovo dell'armamento con rotaie UNI 50 e vengono installati impianti ACEI sulle tratte di maggior traffico. Le esigenze del traffico pendolare nell'area metropolitana di Bari, che conta ben tre stazioni FSE, impongono, verso la fine degli anni '70, due soluzioni nuove: la realizzazione dell'ingresso indipendente nella stazione comune con le FS di Bari Centrale e la progettazione di un raddoppio del binario sulla tratta Bari Sud-Est - Mungivacca della linea Bari - Taranto.
   Nel 1978 hanno inizio le consegne, da parte della O.ME.CA. di Reggio Calabria, delle nuove automotrici e rimorchiate pilota che vengono assegnate al Deposito Locomotive di Bari e messe in servizio sulla tratta Bari - Martina.
   Nel frattempo, per il protrarsi delle difficoltà economiche, stante l'assoluta mancanza di mezzi finanziari causati dalla notevole insufficienza delle sovvenzioni statali non più rispondenti alle reali esigenze e tali da non poter più assicurare la regolarità del servizio, la prosecuzione dell'esercizio si svolgeva in condizioni di precarietà e la Società, non potendo più garantire le retribuzioni del personale, fu costretta a chiedere l'anticipata risoluzione della Convenzione di concessione.
   Dal 1° gennaio 1986 le FSE sono in Gestione Commissariale Governativa; nei primi mesi dello stesso anno viene posto allo studio un piano di ristrutturazione della rete ferroviaria per adeguarlo alle accresciute esigenze dell'utenza con più idonei programmi di esercizio, variazioni degli orari dei treni, maggiore sicurezza e regolarità della circolazione degli stessi, ampliamento dei servizi automobilistici ad integrazione di quelli ferroviari. Detto piano si pone l'obiettivo di individuare le possibili funzioni del servizio ferroviario viaggiatori e merci, ammodernato e potenziato in rapporto alla situazione territoriale e socio-economica delle aree pugliesi interessate dalle Ferrovie.
   Nel gennaio del 1987 viene inaugurato il raddoppio della tratta Bari Sud-Est - Mungivacca, i cui lavori sono iniziati nel 1982, realizzato allo scopo di aumentare la potenzialità della stessa tratta, comune alle linee Bari - Taranto via Conversano e Bari - Putignano via Casamassima, interessate giornalmente da un rilevante traffico viaggiatori che, nelle fasce di pendolarismo, assume carattere metropolitano.
   Per la sistemazione del binario sono stati necessari, oltre a 6.000 mq di espropri lungo il vecchio binario di corsa, 20.000 mc. di sbancamento di materiale per la sistemazione del piano del ferro e 14.000 ml. di rotaie 50 UNI; sono stati adottati alcuni importanti accorgimenti tecnici fra i quali l'installazione di un cavo a fibre ottiche come supporto di trasmissione di un telecomando per il collegamento operativo fra Bari Sud-Est e Mungivacca, primo del genere in Italia.
   Prosegue intanto la realizzazione del programma di rinnovo dell'armamento con rotaie 50 UNI, mentre inizia la posa in opera, in sostituzione delle vecchie traverse in legno, delle traverse "bi-blocco" sulle linee Bari - Taranto e Novoli - Gagliano Leuca.
   Nel 1988 sono state altresì consegnate, dalla IMPA di Catania, n. 3 locomotive diesel "bimotori" DE 122, da destinare al potenziamento dei servizi merci e passeggeri. Le FSE hanno proceduto inoltre al riscatto, dalle FS, di n. 3 locomotive del gruppo D.343 tenute in noleggio, mentre sono tuttora in servizio altre tre locomotive - sempre in noleggio - del gruppo D.345.
   Le opere realizzate sino al 1988 sono già una storia, una storia iniziata nel lontano 1931 con uno sbuffo di vapore e tanta fede nell'avvenire. Con i finanziamenti della legge 910/1986 molte cose erano nel programma di interventi per un nuovo ammodernamento delle Ferrovie: in particolare:
- l'arretramento della stazione di Bari Sud-Est, con spostamento e ristrutturazione del fascio di binari, la costruzione di un nuovo Fabbricato Viaggiatori e nuovi marciapiedi, la demolizione di fabbricati esistenti e la soppressione del P.L. di Via Oberdan;
- il raddoppio del binario di accesso al capolinea FSE in Bari Centrale per 0,500 km circa;
- l'approntamento delle nuove Officine Ferroviarie di Bari e Lecce, complete di infrastrutture e servizi;
- la costruzione di un centro di carico per ortofrutticoli a servizio dei Comuni di Racale, Taviano e Melissano;
- l'approntamento del fabbricato per uffici della Direzione di Esercizio di Bari;
- nuovi interventi nelle stazioni di Noicattaro e Putignano;
- la costruzione di n. 37 pensiline in ferro in diverse stazioni, la costruzione di sottopassi pedonali e svariate rettifiche di tracciato;
- la realizzazione di quattro ponti a bilico della portata di 80 tonn.;
- la soppressione di 210 P.L.;
oltre al rinnovo dell'armamento con rotaie 50UNI fra Taranto e Martina, Novoli-Nardò C.le-Casarano-Gallipoli, sulla Nardò C.le-Gallipoli, con nuove traverse e ricarico della massicciata, l'installazione degli ACEI in 28 stazioni e di n. 39 impianti di telecomando.
   Di quanto sopra solo alcuni interventi, segnatamente quelli di carattere strutturale sulle linee, sono stati portati a termine oppure ancor oggi attendono di essere completati. Altre iniziative, come quelle a sostegno della movimentazione merci, sono state frustrate - anche ad opere già iniziate - dal decadimento dei trasporti merce a carro e dalla scomparsa del traffico postale e collettame.
   Miglior sorte ha avuto il programma di potenziamento del materiale rotabile; radiati i vecchi mezzi a cassa in legno e tutti i bagagliai/postali, non più necessari per l'esercizio quotidiano, l'immissione in servizio a metà anni ottanta delle carrozze ex-DB riqualificate da "Costamasnaga", è stata seguita, di recente (inizio 1999), dall'inizio dell'attività regolare dei complessi con carrozza semipilota a due piani tipo FS, trainati dalle DE 122 ora dotate del telecomando navetta con condotta a 78 poli. Di questi ultimi tempi, invece, le prime corse di prova delle automotrici "binate" Ad 80-88, destinate al servizio metropolitano di Bari.