Les journées révolutionnaires de 1848 ont aggravé la situation de la compagnie dont le cours de l'action est descendu jusqu'à seulement 100 francs.
Au surplus, il avait été compris que la construction de la ligne irait de pair avec celle de la ligne Paris - Lyon. Or, au 1er juillet 1848, la section de Paris à Tonnerre n’est pas achevée obérant ainsi la survie de la compagnie de Montereau à Troyes. Face aux transbordements à Montereau, pourtant organisés par la compagnie, pour transporter les voyageurs vers le coche d’eau en direction de Paris, ceux-ci préfèrent pourtant la diligence au chemin de fer pour rejoindre Paris à partir de Troyes. Ce n’était pas la seule explication ; par manque de réglementation dans l’exploitation, la ligne eut à subir plusieurs déraillements décourageant d’autant les voyageurs et le transport des marchandises.
Face à cette situation difficile, la compagnie obtint du ministre l’autorisation, en décembre 1848, d’exploiter la section Montereau - Melun de la ligne Paris - Lyon.
Par suite, la compagnie assura du 3 janvier au 11 août 1849 des circulations entre Troyes et Melun et, grâce à une entente avec le chemin de fer de Corbeil et avec des coches d’eau, elle établit des correspondances afin d’assurer aux voyageurs un transport continu entre Troyes et Paris. Pour son exploitation, la compagnie avait commandé, en septembre 1845, des locomotives et des tenders au constructeur Alfred Hallette d’Arras (fils d’Alexis Hallette et gérant de la société en commandite « Alfred Halette et compagnie » créée en avril/mai 1845) ainsi que des voitures dont le châssis et la caisse furent construits par des charrons et carrossiers à Troyes.
Le 12 août 1849, la compagnie du Paris - Lyon ouvre à l’exploitation la section de Paris à Tonnerre. Les voyageurs peuvent désormais de rendre de Troyes à Paris mais avec transbordement à Montereau, les marchandises sans transbordement. Jullien, le directeur du Paris - Lyon refuse, pour des raisons de sécurité liées à la différence de construction du matériel des deux compagnies, la circulation de trains ou de voitures directes entre Troyes et Paris. Tout juste accepte-t-il la circulation d’un fourgon pour le service des bagages et des messageries entre les deux terminus mais sous la surveillance du personnel de la compagnie Montereau - Troyes qui effectuera, à Paris, les opérations d’enregistrement et de livraison. L’entente entre une compagnie chargée d’un embranchement et la compagnie de la ligne principale était impossible.
La compagnie avait déjà envisagé, en 1846, un prolongement vers Chaumont, Langres et Gray ouvrant, au-delà, des relations avec la vallée du Rhône et l’Alsace. Ce projet devenait d’autant plus urgent que la ligne de Blesme à Saint-Dizier avait été autorisée par la loi du 21 juin 1846 (concédée en mars 1852 – ouverte en février 1854) et qu’il y avait tout à craindre qu’elle ne tombe dans l’escarcelle de la Compagnie du chemin de fer de Paris à Strasbourg, ce qui se réalisera en 1853.
La collection du musée du chemin de fer à Mulhouse présente une locomotive de la compagnie du Montereau-Troyes de type Stephenson 1-1-1 « long boiler » ; locomotive n° 5 de la compagnie, baptisées « Sézanne ». Cette locomotive, partie d’un lot de seize locomotives commandées en 1845 à Alfred Hallette (fils d’Alexis Hallette), a été construite en 1847 et livrée à la compagnie Montereau - Troyes en 1848 (arrêté préfectoral d’autorisation de circuler du 19 avril 1848) avant d’incorporer, après la fusion, la compagnie de l’Est sous le n° 291.
Compte tenu de la déconfiture du constructeur, la livraison des locomotives prit du retard dont certains furent livrées en pièces détachées. Le prix de chaque locomotive avait été fixé à 38 500 francs et 7 000 francs pour chaque tender (au nombre de dix).
La « Sézanne » appartenait au dépôt de Flamboin et faisait le service Flamboin-Montereau et Flamboin-Troyes.
Elle a la particularité d’avoir été employée, en 1868, pour un des premiers essais en France de chauffe d’une locomotive avec un combustible liquide, de l’huile minérale (pétrole), selon une technique mise au point par Henri Sainte-Claire Deville qui, malgré leurs réussites, ne furent pas poursuivis. Ces essais attirèrent l’attention de l’Empereur qui monta sur la locomotive le 6 septembre 1868 à l’occasion de son déplacement au camp militaire de Châlons-sur-Marne, événement qui suscita une gravure largement diffusée.
Retirée du service le 1er mai 1871, elle est maintenue en activité comme chaudière fixes aux ateliers d’Épernay, puis remise dans son état d’origine en 1926 pour être exposée dans le hall de la gare de l’Est. Mais on lui préféra finalement une autre locomotive. Depuis, garée à Épernay puis à Saint-Dizier avant de rejoindre Chalon-sur-Saône, garage des machines destinées au futur musée du chemin de fer, elle a été restaurée par les ateliers d'Épernay en 1969 pour son exposition au musée de Mulhouse.
Par ailleurs, le lycée de la ville de Troyes témoigne de nos jours des vestiges de l’embarcadère (pour reprendre la terminologie en vigueur à l’époque) du chemin de fer. Incendié en 1855 et réparé sommairement par la compagnie de l’Est, il servit jusqu’en 1857 avant l’ouverture de la gare actuelle et de la ligne Paris - Mulhouse. De l’embarcadère, subsistent dans les bâtiments du lycée, les deux pavillons d’entrée, les portes cintrées du rez-de-chaussée, les baies de l’étage et le campanile de l’horloge.