Eine weitere Hauptattraktion des Museums ist die Modelleisenbahn im zweiten Stock. Hier können Besucher auf einer Fläche von 250 Quadratmetern eine Modellanlage des Bahnhofs Hamburg-Harburg und des Hamburger Hauptbahnhofs bestaunen.

Diese hat eine Gleislänge von über 1200 Metern im Maßstab 1:32 und ist die grösste ihrer Art in Europa.

Sie wurde am 7. Oktober 1949 eröffnet und ist schon seit über 50 Jahren in Betrieb. Die Anlage wurde im Jahre 1956 erweitert und in den Jahren von 1994 bis 1996 umgebaut.

Besucher können hier täglich Vorführungen des Bahnbetriebs zwischen dem Bahnhof Hamburg-Harburg und dem Hamburger Hauptbahnhof ansehen.

Die Vorführungen finden dienstags bis sonntags um 11:00 Uhr vormittags, 12:00 Uhr mittags, 14:00 Uhr nachmittags, 15:00 Uhr nachmittags und 16:00 Uhr nachmittags statt.