Nel 1890, l'esercizio della linea fu subconcesso dalle FNS alle Ferrovie Nord Milano, le quali assunsero la concessione diretta della stessa nel 1943 con la fusione per incorporazione della prima nella seconda delle due società.
La linea fu l'ultima del gruppo FNM ad essere elettrificata, nel 1955-56 (se si esclude la Ferrovia della Valmorea, che non fu mai dotata di trazione elettrica).
Dopo solo due anni dalla sua elettrificazione, il 31 agosto 1958, venne chiusa al traffico viaggiatori, con i treni che vennero sostituiti da autocorse[3], ed adibita solamente al traffico merci; l'elettrificazione fu abbandonata nel 1977[4].
Treno della linea S9 in servizio presso il piazzale sotterraneo di Saronno Sud aperto nel 2012.
A partire dal gennaio del 2010 iniziarono i lavori di ricostruzione della linea al fine di ripristinare il trasporto passeggeri. I lavori compresero il ripristino dell'elettrificazione, il raddoppio del binario sulla tratta Saronno-Groane e la variante in trincea Saronno-Saronno Sud[5]. Al termine della ricostruzione la linea ebbe:
cinque nuove fermate, denominate Saronno Sud NS, Ceriano Laghetto-Groane, Cesano Maderno-Groane, Cesano Maderno NS e Seveso-Baruccana[6];
una stazione intermedia, denominata Ceriano Laghetto-Solaro, ottenuta dalla ristrutturazione della vecchia stazione di Ceriano Laghetto[6];
una stazione che non effettua servizio viaggiatori (Posto di Movimento, Groane)[6].
Nell'impianto di Groane venne realizzato un binario di precedenza della lunghezza di 300 metri, in modo da poter servire, in futuro, anche i raccordi industriali di Groane. L'impianto di Groane funge anche da località passaggio tra il doppio e il semplice binario[6].
I lavori furono affidati da Ferrovienord all'ATI Cogel/Armafer, mentre il loro costo totale previsto fu pari a 75,5 milioni[7]. La conclusione della parte dei lavori necessari all'avvio dell'esercizio ferroviario avvenne nel novembre 2012 e l'apertura della linea al servizio passeggeri è avvenuta il 9 dicembre dello stesso anno[8]. Nel 2013 vennero completate le opere ausiliarie come il Sistema di Controllo della Marcia del Treno. Come stabilito dall'atto integrativo all'accordo di programma quadro per il potenziamento del Servizio Ferroviario Regionale, dal momento della sua riapertura la Saronno-Seregno è impiegata dalla linea S9 del servizio ferroviario suburbano di Milano[8][9].
È in corso il progetto di fattibilità relativo al raddoppio della tratta P.M. Groane-Seregno[10].
da Saronno, un primo tratto ha un limite di 60 km/h fino al termine dell'interramento, in seguito esso sale a 120 km/h fino al P.M. Groane, termine del doppio binario[12];
dal P.M. Groane e fino a Seregno il limite è di 100 km/h, con limitazione a 90 km/h nell'attraversamento di Ceriano Laghetto e a 50 km/h in ingresso a Seregno[12].
Dopo Seregno si trovano la ex stazione di Baruccana, la fermata di Seveso-Baruccana, la ex stazione di Cesano Maderno NS e la nuova stazione di Cesano Maderno, in cui si sovrappassa la linea Milano–Asso. Procedendo verso Saronno si giunge quindi alla fermata di Cesano Maderno Groane, alla stazione di Groane, ora posto di movimento, dove avviene il passaggio singolo-doppio binario con una deviata da 100 km/h, nelle cui vicinanze erano presenti anche diversi raccordi per i locali stabilimenti delle industrie SNIA, BASF e Bossi, che dopo la ricostruzione non sono stati riallacciati alla linea, mentre il raccordo Zanussi è tuttora allacciato alla linea ma in stato di abbandono. Dopo Groane, proseguendo lungo il tracciato storico, si trovano Ceriano Laghetto-Parco delle Groane e Ceriano Laghetto-Solaro dove si diramava il raccordo con l'azienda Giannetti anch'esso smantellato, quindi, sul tracciato in variante, si incontra il piazzale sotterraneo di Saronno Sud, che Ferrovienord, nell'ambito della propria letteratura, definisce Saronno Sud NS per distinguerlo dal piazzale di superficie, posto sulla Milano-Saronno.
In origine la linea attraversava un'area densamente popolata della città di Saronno, quindi sovrappassava la ferrovia Milano-Saronno grazie ad un ponte in ferro, arrivando alla stazione di Saronno. Dopo la ricostruzione, da Saronno Sud il nuovo tracciato procede in parallelo alla ferrovia da Milano fino alla stazione di Saronno. Saronno Sud diventa quindi nodo di interscambio con le linee suburbane S1 ed S3, mentre Saronno rimane punto di interscambio con le linee Ferrovienord per Varese e Laveno e per Como.
Fino al 2012 la linea è stata impiegata unicamente dall'unico servizio merci regolare della rete FNM, che interessava le industrie della zona di Cesano Maderno e veniva effettuato con treni dotati di locomotive D.752; a partire dal 2012 la tratta è invece utilizzata da un unico servizio passeggeri, quello della linea S9 del servizio ferroviario suburbano di Milano, a frequenza semioraria.
^abcdFerrovienord, Ordine di Servizio n. 50/2012, 51/2012, 52/2012, 53/2012, 54/2012, 57/2012
^ FERROVIE NORD, Avviso di gara esperita (PDF), su fnmgroup.it, ?. URL consultato il 3 novembre 2012 (archiviato dall'url originale il 18 maggio 2015).
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