От създаването на линията до въвеждането на първите дизелови мотриси за пътнически превози през 1942 година, цялата дейност по нея се извършва с парни локомотиви. Парната тракция доминира до 1965 година, когато биват доставени и първите дизелови локомотиви, които постепенно изместват парата и от товарните превози. В цялата история на линията, общо 25 броя парни локомотиви от три различни серии са кръстосвали тесните релси между Септември и Добринище. Между края на Втората световна война и 1950 година, по теснолинейката временно се движат и три локомотива от серия 92.000 „Mallet“, взети под наем от югославските железници, но биват върнати след доставката на локомотивите серия 600.76.
Видео от атракционно пътуване с локомотив 609.76 през октомври 2015 г. Автор: Николай Вичев