Problemet med dampskibene var, at godset skulle omlades. Det var især et problem med levende dyr. Løsningen var dampfærger, hvor jernbanevogne kunne køres ombord. Allerede 1872-75 drøftede man at etablere jernbanefærgeforbindelse over Storebælt. Folketinget var endnu negativt stemt over for en jernbanefærgeløsning; men i 1881 vedtog rigsdagen, at der skulle etableres dampfærgeforbindelse over Storebælt senest 1883. Statsbanerne overtog overfarterne til Nyborg og Kiel. Der blev i 1882-83 bygget et færgeleje med bevægelig broklap og jernbanespor noget nordvest for stationsbygningen i Korsør, senere leje 2, og der blev bestilt to jernbanefærger, de dobbeltsporede hjuldampfærger ”Korsør” og ”Nyborg”, der blev leveret i 1883. De havde hver plads til 900 passagerer og 16 jernbanevogne.
Den første tid efter at færgerne var indsat, sejlede de kun med passagerer én gang daglig i hver retning. På de øvrige ture sejlede færgerne kun med godsvogne, og passagererne måtte benytte postdampskibene. Fra 1884 havde færgerne passagerer med på tre afgange i hver retning, og postdampskibene blev brugt til afløsning og ekstrature. 1884/85 blev der overført 7.580 godsvogne og 141.339 passagerer. Der skete ingen umiddelbar stigning i passagertallet med ændringen fra dampskib til dampfærge, og det tog lidt tid at få oparbejdet et marked for overførsel af gods på jernbanevogne over Storebælt. Da det var sket, steg efterspørgslen og nødvendiggjorde, at der i 1887-88 byggedes endnu et leje, senere leje 3, og anskaffedes endnu en færge. Fra 1891 begyndte Statsbanerne at overføre nogle sovevogne og passagervogne til Esbjerg til Englandsruten.
I 1900 kom en fjerde færge til. Der var nu seks daglige afgange. I 1899/1900 overførtes 89.481 godsvogne og 496.400 passagerer. I forbindelse med udvidelsen af stationsforholdene i begyndelsen af 1900-tallet blev der bygget et tredje færgeleje i 1904-06, senere færgeleje 1. 1908-10 anskaffede Statsbanerne de første to skruefærger. I 1920’erne og 1930’erne blev hjulfærgerne udrangeret, og fra 1927 begyndte motorfærgernes æra på Storebælt med den tresporede færge ”Korsør”. Der blev herefter indsat en ny motorfærge rundt regnet hvert tredje år, og ingen blev udrangeret af overfarten før i 1960’erne.
Kapacitetsudvidelsen var nødvendig for at følge med efterspørgslen. 1915/16 overførtes 271.044 godsvogne. Dette højdepunkt nåedes først igen efter 2. verdenskrig, og omkring 1960 overførtes over 360.000 godsvogne. I 1920/21 overførtes 947.500 passagerer, og omkring 1960 var tallet nået op over 6 mio. I 1935, hvor Lillebæltsbroen blev indviet, indsatte Statsbanerne lyntog, der blev overført med færgerne. I 1920’erne var der i sommertiden 12-13 faste færgeture i hver retning, i den øvrige del af året 10. I et par år efter 2. verdenskrig, hvor ruterne Gedser-Warnemünde og Trälleborg-Sassnitz var indstillet, skulle Storebæltsoverfarten ikke alene klare den voksende rent danske trafik, men også trafikken mellem kontinentet og Sverige, Norge, København og Sjælland. Forholdene var nogle år meget kaotiske.
