1983年7月，深圳火车站建设工程破土动工，为与口岸联检大楼相衔接，电动楼梯、双层行人桥……种种充满现代气息的设备被引入这座始建于1911年的边陲小火车站，百年梦回，深圳火车站由此开始一次次华丽变身，直至今日，成为日开行旅客列车最高达到近130对、日均客流9万人次的华南口岸铁路枢纽。
1991年10月12日，投资2．2亿元、建筑面积9万平方米的新深圳火车站落成之际，小平同志欣然题写“深圳”两个大字。
解放后至1980年前，深圳火车站还只是十分简陋的三等小站。
车站只有一个售票窗口、二条股道，露天候车室摆了四条长凳，没有厕所，晚上靠煤油灯和蜡烛照明，每天接待的百来个旅客大都是渔民和菜农。
1950年火车站从东门老街迁至罗湖桥头，与香港罗湖车站仅一桥之隔。
车站职工自己动手，伐木裁板作顶，撑起枕木为柱，建成了第一代候车室，站场面积仅有35平方米。
车站地势较低，周围都是泥塘和稻田，一下雨就被淹，车站职工挖塘泥、挑煤渣垫高铁路两侧，建成了第一个站台。
当时车站门前有一个小广场，的士、中巴和大巴挤在那里，广场上除了来去匆匆的旅客，就是迎送香港同胞的亲友。
旅客从广场沿台阶拾级而上进入售票厅和候车室，左边是出入境大厅，由边防检查站和海关官员把守，从出入境通道，一眼望去就可以看见罗湖桥。
每天只有四五趟列车，广播员嗓门高点就可以把所有旅客都通知上车了。
有一点没有想到的工作——就是要上站台拔稻子、拔草。
当时供港物资都是从这里走，包括优质的稻谷，谷子搬运时常洒落到碎石铺成的铁路道基上，和野草一起疯长，能到火车轮那样高，全靠职工用手拔除，不然妨碍行车。
改革开放的春风唤醒了偏远、沉寂的深圳火车站。
1980年后，深圳火车站涌来全国各地的建设者，客流激增，火车站改建扩建工作陆续展开。
1983年的改建工程较大，包括一座新火车站、一栋联检大楼、一座人行天桥等项目，深圳火车站由三等站升为二等站。
当时车站引进港资，合作经营车站旅客食堂，办起了全国铁路第一家与港商合资经营的企业。
站前旅客通道两旁陆续建起了大排档、快餐厅和小商店，商品从牙膏、毛巾等日用品到食品、陶瓷工艺品、服装、家用电器，一应俱全。
从1980年至1990年，车站每天始发的旅客列车和旅客发送量逐年上升，到1990年发展至每天开行25趟旅客列车，发送旅客2．2万人次。
1985年2月，深圳火车站由二等站再提升为一等站。
那时坐火车到深圳的人特点鲜明，有手挎棉被衣服进城打工的农民、有只身背包创业的年轻人……车站仿佛成了边贸市场，旅客边候车边购物，很多东西在其他地方难买或者价格贵，所以上火车都是大包小包地带。
随着深圳特区的高速发展，深圳火车站的客流量成倍剧增，原有的站场规模和设施设备已完全不能适应需求，建设新的客运车站被提到议事日程。
1990年6月，深圳新客站破土动工，当时是把旧站全部爆破拆除，旅客乘车出站全部暂移到西边的和平路一带，施工组织和正常客流组织难度极大，但最后施工没耽误、坐火车没延误，滚滚客流从工地边经过也没有人受伤。
新站建成后占地2．8万平方米，总建筑面积9．6万平方米，耗资2．2亿元，配备了多回路多信源广播系统、闭路电视监控系统、电子售票系统、消防自动报警系统等先进的客运服务设施。
小平同志亲自为深圳新客站题写站名“深圳”。
据老站长杨荣久回忆，时任深圳市委书记、市长的李灏到北京请小平同志题词时，老人家出于对特区超常规发展的期望，决定不单为车站题词，而要给深圳人民题，因此特意少写了个“站”字。
深圳火车站由此成为全国唯一由小平同志题词的车站，同时也是唯一没有“站”字的车站名。
1991年10月12日，深圳新客站建成投入使用，时任国务院总理 *** 视察深圳站并题词：“加强深圳新车站管理，创建文明窗口”，时任国务院副总理田纪云为新站落成剪彩。
2003年，深圳站进行了一次最大规模整治改造，将广深短途客流和长途客流分开。
2004年12月28日，深圳地铁一号线罗湖火车站站点正式开通运营，与之配套的火车站广场地铁交通层投入使用。
2005年8月连接火车站和罗湖口岸的走廊开通。
2005年10月，历时两年的火车站客运改造工程竣工，一个集公交车、出租车、地铁、火车等各种交通为一体的无缝接驳立体交通枢纽形成。