乌海车务段位于海勃湾区新华西街68号。因负责乌海站段的列车运营控制调度而得名。1958年8月，包兰铁路正式建成通车。同年11月，原呼和浩特铁路局成立，同时成立集宁、呼和浩特、包头、临河4个办事处。1961—1967年，海拉线及乌吉线相继建成通车，同归临河车务段管辖。1975年5月，乌达站和海勃湾站独立，直属包头分局管辖。,1982年乌海车务段成立。2000年9月，撤销原乌海站、乌海西站、乌海车务段，组建新的乌海站、乌海西站，并成立了海公线、乌吉线运输经营公司。2004年11月，乌海站与乌海西站合并，成立新的乌海车务段。2006年3月，乌海车务段与原临河车务段部分车站合并。2011年9月，管内临策车间与临河三大车间移交至临策铁路运输管理部。2013年4月，将乌海车务段货运业务分离至乌海货运中心。
乌海车务段主要担负乌海、鄂尔多斯、巴彦淖尔、阿拉善等地区的客货运输业务，西邻兰州局惠农站，东接包头站管区，总管辖里程511千米，包括一正四支线，其中，包兰正线250千米，海拉线44千米，黄公线31千米，乌吉线130千米，西金线56千米。下设办公室、技术科、客货运管理科、安全科、劳动人事科、财务收人科、职工教育科、信息技术科、工会和团委等12个职能科室。共管辖平沟1个作业区，乌海西运转、乌海西客运、乌海运转、乌海客运、设备和调度6个车间，23个车站（乌海西站1个一等站，乌海站1个二等站，金泉南、五原、巴彦高勒、碱柜<万吨组合站>、乌海北、卡布其、拉僧仲庙、拉僧庙、公乌素和吉兰泰10个三等站，西小召<万吨会让站>、四分滩、头道桥、杭锦旗、西桌子山、老石旦和本井7个四等站，黄白茨、黑沙土、五原东、建丰4个五等站）。接轨专用铁路13条，专用线18条。有工作人员1166名。