Протягом усього часу існування кафедри її колектив активно працював у різних напрямках науково-дослідної роботи, яка була направлена на удосконалення конструкції вузлів вагонів та забезпечення надійності їх роботи в умовах експлуатації.

Значні дослідження були виконані професором П.В. Шевченко з питань підвищення надійності пресового з’єднання осі колісної пари вагонів з маточиною колеса. На рівні докторської дисертації була виконана робота «Розробка конструкції та розрахунок міцності порожнистих вагонних вісей».

Вагомий внесок в удосконалення шарнірних вузлів гальмівної системи і повітропровідної гальмівної магістралі зробив у 60-і рр. доцент М.Ф. Фельдман. Під його керівництвом І.В. Антоновим та К.І. Бойко виконувались дослідження відносно можливості застосування на рухомому складі гідравлічних протиюзових авторегуляторів.

У 1964 р. на кафедрі була створена унікальна науково-дослідна лабораторія «Фотопружність», де стало можливим вирішувати складні питання підвищення міцності деталей і вузлів вагонів та інших конструкцій. Стосовно вагонів виконувались дослідження для важкого машинобудування та вагонобудівних заводів. Проводилися дослідження поляризаційно-оптичним методом міцності вузла циліндро-поршневої групи двигунів, а також перевірялася закономірність пружного стану та міцність кріплення лопаток газових турбін для Харківського турбінного заводу. Активно працював і організовував роботу лабораторії «Фотопружність» доцент кафедри «Теоретична механіка» Й.Б. Волькович.

До наукової роботи кафедри широко залучались студенти, які мали схильність до досліджень і потім поповнювали ряди наукових кадрів дослідної лабораторії.

На кафедрі з’являються досвідчені виробничники, колишні її випускники: В.С. Фоменко, О.Г. Мілашич, В.В. Поляков, Д.А. Дубяга, С.І. Нечволода, М.К.Гребьонкін.

Внаслідок активної діяльності на кафедрі наукової школи, у 1966 р. захистив докторську дисертацію Г.П. Андрєєв, тодішній ректор Українського заочного політехнічного інституту. Кандидатські дисертації захистили у 1968 р. В.В. Шевченко, у 1971 р. – А.П. Горбенко, А.О. Радзіховський, М.В. Коренівський, у 1975 р. – В.Г. Черниш, у 1977 р. – Є.В. Федорець і В.В. Новиков, у 1978 р. – В.С. Ждамаров.

Пізніше, як продовжувачі наукового напрямку професора П.В. Шевченка, захистили кандидатські дисертації С. І. Нечволода (1984 р.), І. Д. Борзилов (1990 р.), М. К. Гребьонкин (1994 р.).

Наукові дослідження кафедри проводилися у вигляді госпдоговірних і держбюджетних робіт, керівниками яких були в основному викладачі кафедри. Щорічний обсяг госпдоговірних робіт становив 40-50 тис. крб. Стабільними замовниками госпдоговірних робіт були Крюківський, Уральський і Стаханівський вагонобудівні заводи, Головне управління вагонного господарства Міністерства шляхів сполучення СРСР. Для виконання госпдоговірних робіт був створений штат наукових співробітників. Науковими співробітниками працювали Е. В. Лукіна, І. Д. Борзилов, Л. М. Кулик, В. В. Маловічко та ін. За результатами виконаних науково-дослідних робіт багато наукових співробітників захистили дисертації і потім поповнили лави викладачів.

Після утворення Державної адміністрації залізничного транспорту фахівці кафедри прийняли активну участь у вирішенні невідкладних проблем вагонного господарства. Так, кафедра приймала участь у державній програмі «Розробка заходів по зменшенню зносу пари «колесо-рейка». Викладачі кафедри брали активну участь у роботі науково-методичної комісії Міністерства освіти України за напрямком «Залізничний транспорт», технічного комітету України із стандартизації на залізничному транспорті, науково-технічної ради вагонного главку Укрзалізниці.

При безпосередній участі викладачів кафедри на базі вагонного депо «Основа» була проведена галузева школа передового досвіду з оснащення вагонного парку модернізованими буксовими підшипниками з поліамідними сепараторами.

У останній час на кафедрі під керівництвом професора Мартинова І. Е. виконуються наукові дослідження по підвищенню надійності буксових вузлів вагонів шляхом удосконалення конструкції та впровадження сучасних технологій діагностування технічного стану (Труфанова А. В., Петухов В. М., Равлюк В. Г., Шовкун В. О.). Над удосконаленням системи технічного утримання вагонів для підвищення ефективності їх використання працює професор І. Д. Борзилов. Питанням модернізації гальмівної системи вантажних вагонів присвячені дослідження доцента С. І. Нечволоди, розробленню заходів щодо зменшення інтенсивності зносу деталей ходових частин вагонів – доцента А. П. Горбенко. Над створенням сучасних засобів технічного діагностування та системи акустичного контролю колісних пар під керівництвом доцента Бондаренко В. В. працює ст.викл. Скуріхін Д. І. Дослідження доцента Візняка Р. І. та Ловськой А. О. присвячені забезпеченню збереженості вагонів у міжнародному залізнично-водному сполученні.

За зазначеними напрямками наукової діяльності кафедра тісно співпрацює з Головним управлінням вагонного господарства, Головним пасажирським управлінням, Головним управлінням приміських пасажирських перевезень Укрзалізниці, Державним підприємством Український науково-дослідний інститут вагонобудування, службами вагонного господарства та пасажирськими службами залізниць України, проектно-конструкторським бюро Головного управління вагонного господарства Укрзалізниці, ПАТ «Крюківський вагонобудівний завод», «Азовмаш», ПАТ «Стахановський вагонобудівний завод», ВАТ «Харківський підшипниковий завод», а також з багатьма іншими підприємствами та установами.

Кафедра співробітничає зі спорідненими кафедрами Московського та Санкт-Петербургського університету шляхів сполучення, а також з провідними світовим виробниками підшипникових вузлів для рухомого складу: шведською фірмою «SKF», американськими компаніями «Tіmken» та «Brenco». Ст. викладач Труфанова А. В. приймала участь в акредитації заводу фірми «SKF» по виробництву буксових вузлів для вантажних вагонів у м. Вілллар-Пероза (Італія), а проф. Мартинов приймала участь в акредитації заводу фірми «Brenco» по виробництву буксових вузлів для вантажних вагонів у м. Санкт-Петербург (США).