抗日戰爭時期，魯南棗莊礦區以劉洪、王強為首的一批煤礦工人和鐵路工人，不堪日寇的燒殺掠奪和蹂躪，在中國共產黨的領導下，秘密地組成一支精悍的鐵道游擊隊。

他們利用煤礦鐵路的掩護，在臨城、棗莊一帶的鐵路線上，搶奪敵人的武器、物資，破壞敵人的運輸交通。他們積極配合主力部隊的戰鬥，機智靈活地與日寇捉迷藏，充分利用熟悉的環境和鐵路作業、行車制度，讓敵軍火車相撞、脫軌，給當地的日寇和偽軍以沉重的打擊。

劉洪從小生長在鐵道邊上，擅長扒車。他個頭不高，眼睛發亮，為人豪爽義氣，扒車救窮時，窮弟兄們都很服帖他。劉洪組建鐵道游擊隊後在隊裡也有著極高的威信，不論是王強還是其他隊員，有什麼想法，都要先去找他。

作為一名強悍的游擊隊隊長，他剛強果斷，認準要做的事情，沒有辦不到的。小說多處表現了劉洪在戰鬥中的英勇，在山裡，當排長的他用一挺機槍掩護了整連的撤退。鐵道游擊隊不少出色的戰鬥，都是由他指揮的。

襲擊洋行打票車，飛車搞機槍，劉洪都是衝在前面，幾刀幾槍就解決了敵人。但這個有著烈火般脾氣的人，有時也因為莽撞的戰鬥行動，幾乎使隊伍覆滅。

芳林嫂

芳林嫂作為唯一的女性主人公形象， 作為鐵道游擊隊這種男性隊伍中的女性因素，對整個情節的發展起到一種調節作用，也使小說更有了看點。

小說透過她體現了老百姓與鐵道游擊隊之間的關係。她把家作為秘密聯絡點，為游擊隊做飯、放哨、偵查、送信、貼傳單、留治傷員，幫助游擊隊員們避開敵人的搜捕。實際上她後來也成為游擊隊的編外隊員，會使槍，又熟悉游擊隊的活動方式。

李正

小說中李正這個政委的形象，一出場就是代表黨來領導鐵道游擊隊的。小說透過他給林忠送糧送錢、與魯漢喝酒、和二禿談話等情節，表現出他善於和人打交道的能力，很快地就取得了游擊隊信任，和隊員們打成一片。