2005年10月，为了升级捷运化的准备，桃园县政府出资将林口线客运化，设置桃园、桃园高中、宝山、南祥、长兴以及2009年增设的海山、海湖等客运车站，并租用列车，於非假日的晨、晚各发1班车。因为全线仅最後1公里驶入台北县林口乡，且铁路路线所经，亦非林口乡的中心，故桃园县政府在客运化时，便以「桃林铁路」之名，做为林口线客运化的名称。
每座车站月台除了车站招牌外，其余标示均以台铁样式为主，其中「布告栏」写着「桃园县政府制」，所发布的公告亦为「桃园县政府」。虽然林口线铁路及列车均属台湾铁路管理局负责，但客运化的设备则属桃园县政府出钱，就连列车也是县政府所承租，由此知，铁路的路权属台铁，管理则属桃园县政府。
因为林口发电厂尚有运煤之需，故桃林铁路客运列车无法密集行驶，假日亦停驶。未来林口发电厂海运码头完工後，运煤列车将不再取道台铁林口线，依据桃园县政府的规划，林口线将转型为BRT（公车捷运系统）。