津浦铁路曾歷經多次改造更新。中華人民共和国成立后，随着国民经济的恢复和发展，为提高铁路的运输能力，铁道部、铁路局和地方铁路部门曾多次改造津浦铁路，使津浦铁路在1978年成功建成双线，2006年成为電氣化鐵路。
正线改造
1945-1947年间，京沪路局对津浦铁路进行了大规模的维护，更换了28.92万根枕木，2217根钢轨，岔心294件、岔尖210付，补充道碴6.32立方米，清理道碴367公里。但受制于技术标准，路况没有根本的改善。
1949年下半年，铁路部门在站间距离在10公里以上的区间增设了会让站；
自1954年起，铁路部门对线路逐渐开展大修，一些道岔被更换为9至12号道岔；1950-1957年间，铁轨逐段更新为43公斤/米的钢轨，共计167.373公里；至1958年，220公里的钢轨被更换为50公斤/米。同时，铁路部门对路基翻浆地段进行整治，修筑肩沟和双侧排水暗沟，换掉小号道岔，至1961年对翻浆严重、路基下沉地段采取修筑盲沟、换土加固路基等措施。至1962年，线路允许速度比1949年前提高35公里。到1980年，全部铁轨皆更换为50公斤/米钢轨、钢筋混凝土轨枕(大中桥、道岔除外)，无缝线路已占75％；曲线半径原有5处在600米以下的，已有4处改为600米以上；大河至泰安站间由于改为双线绕行，使最大坡度由7.7‰降至5.4‰，除炒米店站有580米8.9‰的坡道外，其他区段均不超过5‰。从1984年开始，无缝线路部分又更换为60公斤/米或70公斤/米新轨。
1984年，许官屯-韩庄间正线为50公斤/米钢轨。至1995年更换为60公斤/米钢轨和75公斤/米重轨，并焊铺或铺设无缝线路；50公斤/米道岔逐步更换为AT型60公斤/米道岔；至1996年，德州-晏城间全部更换为Ⅱ型轨枕。为适应列车提速，1997年起，正线既有轨枕逐步更换Ⅲ型轨枕。1986-1995年，随站线改造，山东段车站正线、到发线上的50公斤/米道岔逐步更换为AT型60公斤/米道岔。1999年起，分段铺设跨区间、全区间无缝线路。
1994年，新滁河特大桥落成，自此永宁区间不再被水患困扰。
2003年7-12月间，德州-程家庄间改造曲线85处144条，共拨移线路61.47公里、新铺线路15.87公里、新建桥涵63座、新铺道岔10组、再铺道岔11组、房屋拆迁11345平方米。，严重威胁行车安、影响运输能力。铁道第一勘测设计院勘测表明，路基塌陷为地下天然溶洞所致。为重点整治路基塌陷，旱桥跨越和岩溶注浆工程北纳入维护日程。
以下是两项工程的详细情况：
初期施工
1958年11月30日，天津至德州间二线工程开工，工程采用边设计边施工的方法进行。整个工程由北京铁路局承担，由北京铁路局天津工程处与天津专区联合组成复线修建指挥部，在两地沿线设9个施工所组织具体施工，共有5万余名民工自带工具、自筹食宿，参与复线的建设。施工采取先土方后桥涵、先小桥后中桥，先区间后站场的顺序进行。
开工后仅20天，就完成土方440万立方米，全段区间路基工程基本完工。自1958年底至1959年4月，先后建成涵管45处、中小桥梁113座；到1959年3月，全段铺轨132公里，但因石碴不足，到1960年3月，仅开通部分运输紧张区段的二线。初期工程总投资3137.5万元。天津西至德州间通过能力由原36对提高到46.6对。1960年底，津浦二线建设停止。
复工
1975年5月27日，铁道部要求“集中设计、施工力量和物资，组织津浦、沪宁复线和枢纽建设大会战”，要求在1976年10月1日前修通全线的复线，1977年实现全线自动闭塞，1978年完成全线收尾配套工程。同年6月6日，铁道部又明确划分了设计、施工单位。北京铁路局、铁三院及沿线地方政府等共同组成津浦复线会战指挥部，加快了复线建设的进度。
铁三院和北京铁路局在其修改设计中，对第一次二线工程中的部分技术条件做了调整（见上表）。1975年天津至德州间二线工程再次开工。尽管1960年全部路基土方已完成，但由于十几年的雨水冲刷，土方一般损失近三分之二，工作量仍然很大。工程采用边设计、边施工、边验收的办法进行。
天津北至天津西间全长1333米的子牙河大桥是该线在天津市内的最大桥，其主河道上的两孔40米预应力钢筋混凝土简支串联箱形梁是铁道部重点科研项目，由北京铁路局、铁科院、铁三院、北方交通大学、铁道部丰台桥梁厂共同研制。
天津至德州间的二线工程于1977年9月30日完工，同年10月1日开通使用。使用投资36429万元，为概算的90.5％，加上二线第一次施工的投资，累计使用投资39569万元，每公里造价为166.2万元。德徐段也于1977年8月建成交付运营。
成果
山东
1958年津浦铁路山东段——济南铁路局辖内德州至蚌埠段（238-832公里处）双线动工，后因三年困难时期于1962年停工。1964年津浦双线工程复工，1976年6月德蚌段通车。
设计
1957年5月，铁道部第三设计院承担德州至茅村段的设计，概算为1亿2701.3万元。因“大跃进”形势所迫，双线提前于1958年7月施工，铁三院中止了初步设计，由济南局边设计、边施工。1960～1962年国民经济调整后，纠正了过去对运量估计偏高的设计。1964年德蚌段复工，由于情况的变化，又由济南局设计事务所承担了勘测设计。1966年5月至1976年10月，设计部门被取消，个别工程曾由施工部门自行设计，根据每年投资数额先施工运输紧张区段。
复工
1964年津浦双线复工；工程中采取建成一段，交付运行一段，关键地段先修先通的施工方案
注释
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