Stångådalsbanan trafikeras med åtta dubbelturer persontåg Linköping – Kalmar. Mellan Linköping och Bjärka Säby går också tågen på Tjustbanan, Bjärka Säby – Västervik.
Huvudman för persontrafiken är länstrafikbolagen i Östergötlands respektive Kalmar län, AB Östgötatrafiken och Kalmar Läns Trafik AB.
Trafiken drivs, på uppdrag av Kalmar Läns Trafik AB, av SJ Krösa.
För trafiken används de mycket bekväma Y2-motorvagnarna. Dessa motorvagnar är byggda i Danmark och finns i ett stort antal där. Tidigare trafikerade de också Blekinge kustbanor, men sedan 12 juni 2005 är de sex motorvagnar som används i trafiken på linjerna Linköping – Kalmar och Linköping – Västervik de enda som går i svensk trafik.
De sex motorvagnarna har följande nummer och namn:
Y2 1379, Folke Filbyter
Y2 1380, Kisa-Mor
Y2 1381, Carl Boberg
Y2 1382, Nils Dacke
Y2 1383, Anna Bielke
Y2 1384, Herulen
Ibland används också de rälsbussar av typen Itino, littera Y31, som normalt går i trafiken Linköping – Västervik, i resandetågen mellan Linköping och Kalmar.
I Hultsfred kan man sommartid fortsätta att åka tåg på smalspårsjärnvägen till Västervik. Tjustbygdens Järnvägsförening ansvarar för den trafiken, se gärna deras hemsida, www.smalsparet.se
De platser som 2023 trafikeras med persontåg är Linköping C, Tannefors (tre sydgående, två nordgående tåg), Rimforsa brygga (i anslutning till båten Kinds sommartrafik), Rimforsa, Kisa, Astrid Lindgrens värld (sommartid), Vimmerby, Hultsfred, Berga, Högsby, Blomstermåla och Kalmar C. (Krösatågen, 2023)
Stationer med mötesspår men utan uppehåll för resandeutbyte är Hjulsbro, Bjärka Säby och Mörlunda.
Lastplatser med stickspår men utan trafik är Gullringen, Södra Vi, Vimmerbyhamra, Ruda och Rockneby.
Persontrafiken består av åtta genomgående dagliga turer Linköping – Kalmar, något färre på lördagar och helgdagar. Som fordon används motorvagnståg av typen Y2, trafiksatta 1996, och typen Y31, trafiksatta 2010. Fordonen ägs av Kalmar länstrafik (KLT) och underhålls vid KLT:s tågdepå i Kalmar, byggd 2016.
Sedan den 12 december 2021 körs tågen under varumärket Krösatåg av SJ AB på uppdrag av KLT med bidrag från Östgötatrafiken. ”Krösatåg” är ett samarbete mellan länstrafikbolagen i Jönköping, Kalmar, Halland, Blekinge, Kronoberg och Skåne.
Godstrafik på Stångådalsbanan bedrivs av Green Cargo på sträckorna Kalmar – Blomstermåla – Mönsterås och (Nässjö –) Hultsfred – Berga (– Oskarshamn).