En 1997, la SNCF, le conseil régional Rhône-Alpes (dans le cadre du programme TER) et la compagnie du Martigny-Châtelard se sont associés pour acheter cinq rames modernes de la série Z 800 : les Z 801/802, Z 803/804, Z 805/806 reviennent à la SNCF, tandis que les Z 821/822 et Z 823/824 sont gérées par le Martigny-Châtelard (qui leur donne le nom de BDeh 4/8 n°821/822 et n°823/824).
Ces rames sont qualifiées de rames d'interconnexion car elles assurent des navettes directes entre la France et la Suisse, entre Saint-Gervais et Martigny, dans le cadre de services appelés Mont-Blanc Express. Ces rames sont utilisées aussi bien en France qu'en Suisse ; seul le personnel de conduite et d'accompagnement change à la frontière.
Certaines anciennes rames Z 600 ont continué à être utilisées pendant 10 ans après la livraison des Z800. Elles ont subi une révision partielle et ont été repeintes en rouge et blanc, dans le même style que les nouvelles Z 800. Cependant, d'autres ont été rapidement amorties et ferraillées. Les Z 600 se sont avérées nécessaires pour conduire des trains de travaux, ou tout simplement pour assurer les service voyageurs.
En effet, les Z 800 étaient en nombre insuffisant pour prendre la relève des Z 600. Ces dernières se révélaient donc nécessaires à l'exploitation de la ligne, mais leur fin de vie approchait. Il convenait donc de trouver une solution de remplacement...
Une possibilité aurait été de commander des rames Z 800 supplémentaires, mais une solution meilleur marché fut préférée. Elle consistait à acquérir des rames plus simples que les Z 800, aptes à circuler en France uniquement.
De 2005 à 2008 sont progressivement arrivées six nouvelles automotrices de fabrication Stadler, et financées par la région Rhône-Alpes. Ces nouvelles rames immatriculées Z 850 pourront prennent définitivement la relève des Z 600.
Après des marches d'essai entre l'automne 2005 et le printemps 2006, les premières Z 850 sont entrées en exploitation commerciale le 22 mai 2006. Dès l'été 2006, elles ont permis d'augmenter les cadences des dessertes entre Chamonix et Vallorcine.
L'arrivée de ce nouveau matériel marque une implication croissante des collectivités locales dans la gestion de la ligne. Ainsi, la ville de Chamonix est à l'origine d'un ambitieux projet de création de nouveaux arrêts entre Chamonix et Argentière, de façon a répondre au mieux aux attentes des touristes et des locaux. Cela ferait de cette portion de ligne une sorte de tramway qui permettrait de réduire notablement le trafic sur la N 509, et donc renforcerait l'attrait de la vallée de Chamonix.
D'ores et déjà, la commune de Chamonix finance le fonctionnement de la ligne : les habitants de la commune ainsi que les touristes bénéficient d'une libre circulation. Depuis l'entrée en vigueur de cette mesure en 2004, la fréquentation de la ligne a augmenté de 25 % sur une période d'un an.
Après cette modernisation du matériel roulant, le conseil régional Rhône-Alpes a prévu d'investir 8 millions d'euros pour rénover la voie.
Jusqu'aux années 2000, la voie était équipée de ses rails PLM-A d'origine, en barres courtes de 12 m. Ces rails étaient usés, et leur courte longueur occasionnait de nombreux cahots lors du roulement du matériel. De plus, sur certaines sections, le ballast était en très mauvais état.
Une campagne importante de renouvellement de la voie a donc été entreprise. Elle comprend :
Afin d'augmenter le débit du trafic, l'installation d'un bloc automatique lumineux (BAL) est envisagée à moyen terme. Une rénovation du tunnel des Montets est également programmée.