Au début du XIXe siècle, le phénotype de la race est déjà bien fixé. En effet, les éleveurs ont pris l'habitude de conserver en priorité les animaux de couleur froment vif. Les veaux blancs ou fauves, ou tachés, n’ont que très peu de valeur aux yeux des éleveurs et sont irrémédiablement destinés à la boucherie. Cet usage de sélection suivant des critères extérieurs bien définis, décrié par ailleurs par certains agronomes comme le parisien Jean-Baptiste Rougier de la Bergerie, a permis, de pair avec l’enclavement de la région, la création d’un phénotype bien caractérisé pour la race limousine.
Contrairement à de nombreuses autres races françaises, la limousine n’a pas été créée à partir de croisements avec des races étrangères. Suite aux échecs de l’introduction de sang durham dans la race, l’amélioration s’est appuyée sur une sélection drastique des animaux. Pour autant, la race durham n'a pas été inutile à l’évolution de la race limousine. Edmond Teisserenc de Bort déclara que les animaux anglais ont appris aux éleveurs limousins et apprécier les belles formes, et qu’ils ont par la suite cherché à obtenir la conformation des animaux anglais dans leur démarche de sélection. Cette sélection a été entérinée par quelques grands propriétaires à ses débuts avant d'être progressivement adoptée par l'ensemble des éleveurs.
Le herd-book apparaît suite à la définition de la notion de race telle qu’elle est utilisée par les zootechniciens au XIXe siècle, ceux-ci prétendant qu’il est plus facile de transmettre le patrimoine génétique des animaux dans une race pure. Il a pour but de garantir le pedigree des animaux reproducteurs et de créer une base pour l’amélioration du cheptel limousin. Mais la première étape est l’inscription des animaux pour créer une base stable et homogène de sélection. Pour ce faire, la commission du herd-book doit s’appuyer sur des critères précis, gages de la pureté de la race. Les principaux critères retenus sont la robe des animaux, qui doit être unie et de couleur froment clair à froment vif, et les muqueuses qui doivent être roses et sans tâches. Les commissaires étaient réputés pour leur sévérité, leur valant le surnom de « Naz négreis » (nez noirs) tant ils étaient inflexibles sur la présence de tâches noires sur le nez. On reprocha également à la commission d’être trop attachée à l’aspect local de la race et de s’intéresser principalement aux animaux de Haute-Vienne. Tout cela contribua à restreindre le nombre d’animaux de la base de sélection : en 1914, 5 416 animaux y sont inscrits. La guerre stoppe les activités du herd-book, qui ne reprendront qu’en 1922. La base s’élargit alors un peu, atteignant 8 299 en 1925, mais reste centrée sur la Haute-Vienne où se trouvent 80 % des exploitations détenant des bêtes inscrites.
Le schéma de sélection appliqué actuellement pour la race limousine s'est mis en place progressivement à l'échelle du pays depuis les années 1980. Il utilise avec parcimonie les différentes méthodes de sélection (sur ascendance, individuelle et sur descendance) et les différentes voies de diffusion du progrès génétique (insémination artificielle, monte naturelle) afin de repérer les taureaux les plus conformes aux objectifs de la race et de diffuser leurs caractères dans la population.
Toutes les femelles inscrites au herd-book sont contrôlées en ferme. Ces contrôles portent principalement sur leurs qualités maternelles, qui sont évaluées à partir des conditions de vêlage de leurs veaux et de la croissance et la morphologie de ceux-ci. Les résultats sont transmis à l'INRA qui, par un calcul complexe, quantifie les effets résultant du milieu dans lequel vit l'animal (conditions d'élevage, climat, effet lié au mois de naissance,...) et estime la valeur génétique de chaque individu par des valeurs nommées index qui permettent de comparer les animaux entre eux. Les vaches qui ont obtenu les meilleurs index sont ensuite examinées en détail par les techniciens du herd-book qui leur attribuent des notes en fonction de leur morphologie, et les meilleures d'entre elles sont susceptibles d'obtenir une qualification : « Reproductrice Reconnue », voire « Reproductrice Recommandée » pour les meilleures. Cela permet d'identifier les animaux les plus performants de la race.
Pour les mâles, la sélection des meilleurs reproducteurs est plus complexe. En effet, le besoin en reproducteurs est moindre puisqu'on n'a pas besoin nécessairement d'un taureau par vache. La première étape se situe au sevrage, où la morphologie des veaux et les qualités connues de leurs parents permettent de faire une première sélection des animaux, agrémentée de la qualification « Reproducteur Espoir ». Les veaux ainsi choisis entrent à la station nationale de qualification de Lanaud juste après leur sevrage, alors qu'ils sont âgés de 7 mois. Ils sont élevés dans des conditions strictement identiques jusqu'à l'âge de 13-14 mois, âge de leur mise à la reproduction. Le contrôle en station permet de comparer plus facilement les animaux, puisqu'ils sont nourris et élevés de manière identique. Les différences que l'on observe entre les animaux sont donc essentiellement liées à leur patrimoine génétique, ce qui intéresse les sélectionneurs puisque que ce patrimoine est transmissible à leurs descendants. À l'issue des contrôles en station, la moitié des animaux se voit attribuer une qualification « Reproducteur jeune » par le herd-book. La plupart des taureaux issus de ces centres sont destinées à la monte naturelle. Les meilleurs d'entre eux font par ailleurs l'objet d'une évaluation à partir de leurs descendants, permettant de la même manière que pour les femelles de distinguer les meilleurs par les qualifications « Reproducteur Reconnu » et « Reproducteur Recommandé ». En parallèle de la station de Lanaud, il existe trois stations locales, à La Souterraine (Creuse), Saint-Jal (Corrèze) et Naucelle (Aveyron). Elles fournissent aux producteurs de viande de leur région des mâles avec de fortes aptitudes bouchères qu'elles sélectionnent parmi les veaux d'éleveurs dont les troupeaux ne sont pas forcément inscrits au herd-book.
Les meilleurs taureaux sont dirigés vers les coopératives d'insémination artificielle où leur semence sera prélevée. L'insémination artificielle permettra une large diffusion de la semence de ces taureaux, et permettra ainsi à un grand nombre d'éleveurs de profiter de leurs qualités génétiques. Toutefois, cette utilisation sous-entend que l'on doit être sûr de leurs qualités. C'est pourquoi ils sont soumis à un schéma de sélection strict permettant de connaître leurs index avec une grande précision. Dès le sevrage, les meilleurs animaux présents à la station de Lanaud sont dirigés vers celle de Naves. Là, ils font l'objet de contrôles plus précis et sont finalement évalués sur leur efficacité alimentaire, leur croissance et leur développement musculaire. Les 10 premiers taureaux à la sortie de la station, ainsi que les meilleurs taureaux de monte naturelle, sont ensuite contrôlés sur leur descendance. On insémine avec leur semence 120 vaches pour chacun des taureaux, ce qui permet d’obtenir 60 à 80 veaux par taureau testé. Ces veaux sont tous rachetés pour être contrôlés. Les mâles vont à la station de Pépieux dans le Gers où ils sont engraissés à partir d’une ration d’ensilage de maïs avant d’être abattus à l’âge de 16 mois. En plus des contrôles sur la croissance et la conformation des animaux vivants, on s’intéresse à celle de leurs carcasses, leurs rendement et leur composition en gras. Les meilleurs taureaux selon les résultats de leurs descendants sont qualifiés « Viande Jeunes Bovins ». Les veaux femelles vont à Moussours en Corrèze. Elles sont toutes fécondées avec le même taureau et vêlent à 2 ans en stabulation avant d’être mises à l’herbe avec leurs veaux. On réalise de nombreux contrôles sur le poids, la croissance, la morphologie, la fertilité, l’aptitude au vêlage et la production laitière des génisses afin de mesurer leurs qualités maternelles. Les meilleurs taureaux suivant les qualités maternelles de leurs filles sont qualifiés « Qualités Maternelles ».
Ce programme de sélection nécessite l’intervention de divers acteurs, chacun ayant un rôle bien défini. Ainsi, le herd-book limousin est chargé du contrôle des animaux en ferme sur leur morphologie et celle de leurs enfants en vue d’une éventuelle qualification. Chaque année, il choisit également les veaux qui seront destinés à être évalués en station à Lanaud. Le GIE France Limousin Testage permet la diffusion des meilleurs taureaux par l’insémination artificielle. Pour cela, il acquiert les meilleurs animaux présents à la station de Lanaud et s'occupe de leur évaluation à la station de Naves et du testage sur descendants qui suit. Le GIE prélève ensuite la semence des taureaux et publie leurs performance dans un catalogue qui permet aux éleveurs de faire leur choix avant de faire inséminer leurs vaches. Tout le programme est coordonné par l’organisme de sélection France Limousin Sélection, qui détermine notamment les axes à privilégier dans la sélection. France Limousin Sélection intègre tous les organismes liés à la sélection, la diffusion et l'utilisation de la race limousine, dont notamment le herd-book limousin, France Limousin Testage et les divers groupements de producteurs. Le pôle de Lanaud, situé non loin de Limoges, tient une place majeure dans la sélection de la race limousine. C'est notamment le siège de la station nationale de qualification et de l'administration du herd-book et de France Limousin Sélection.
Au cours du temps, la sélection a permis une amélioration de la race limousine, notamment du point de vue de la conformation bouchère des animaux. Cependant le choix des meilleurs reproducteurs et leur diffusion à grande échelle, notamment par le biais de l'insémination artificielle, comporte un risque réel d'augmentation de la consanguinité, qui pourrait mettre en péril la race à long terme. Jusqu'à aujourd'hui la limousine n'est pas inquiétée par ce phénomène. Selon les données présentes dans le livre généalogique limousin, on observe entre 1996 et 2000 que les 10 ancêtres les plus prépondérants sont à l’origine de 16 % des gènes des animaux actuels, et que 50 % des gènes provenaient des 179 ancêtres les plus importants. À titre de comparaison, pour la race Prim'Holstein, 16 ancêtres contribuent à 50 % des gènes des animaux actuels.
Une des lignes actuelles de la politique d'amélioration de la race est le développement d'une lignée sans cornes. Cette volonté est essentiellement motivée par des raisons pratiques : cela permettrait de soustraire l'éleveur à l'écornage manuel visant à prévenir les combats entre animaux. Dans ce cadre, un taureau sans cornes nommé Highland Jade a récemment été importé des États-Unis, pour nourrir les efforts de sélection français dans cette voie. La difficulté est de conserver les qualités de la race et d'y adjoindre simplement le caractère de l'absence de corne, lui-même issu d'une autre race bovine naturellement sans cornes, l'Angus. Les animaux limousins sans cornes ne sont pas admis au herd-book limousin pour le moment car ils ne respectent pas tous les standards de la race, mais les efforts de sélection se poursuivent.
La recherche de la docilité est également une des voies de perfectionnement de la race. Depuis 1990, il existe un test de docilité appliqué à la station de qualification de Lanaud et celle de Moussours et qui s'intéresse principalement à évaluer la réactivité des animaux face à la manipulation par l'homme. Tout animal montrant un nervosité anormale lors du test est tout simplement éliminé du schéma de sélection. Au préalable, il a été démontré que la docilité était un caractère qui pouvait se transmettre de génération en génération et qu'il était donc utile de sélectionner les animaux sur ce trait de caractère.