Fra januar 2001 overtog Nordjyllands Amt statens aktier og dermed ansvaret for drift og infrastrukturen for A/S Hjørring Privatbaner og Skagensbanen A/S.

Efterfølgende fusionerede de to baneselskaber til Nordjyske Jernbaner A/S og selskabet har hovedsæde på Skydebanevej i Hjørring. Virksomheden blev 1.januar 2007 et datterselskab af Nordjyllands Trafikselskab som ejer 89% af aktierne.

Siden fusionen mellem de to baner har ejerne investeret i en gennemgribende modernisering og rationalisering af hele virksomheden på 260 mio. kr. i nye skinner, tekniske anlæg og nye tog. Kort før påske 2002 blev den nye fælles trafikcentral i Skagen for strækningerne i Hjørring-Hirtshals og Frederikshavn-Skagen taget i brug. I 2002-2003 gennemføres, af sikkerhedsmæssige årsager, nedlæggelser af en række overkørsler. Antallet af overkørsler er blevet nedbragt fra 120 til omkring 40. I august 2003 påbegyndte man udskiftningen af spor på hele strækningen Frederikshavn-Skagen, arbejdet blev afsluttet primo 2004. Selve optagning af gamle skinner og sveller og nedlægning af nye skinner tog kun 35 dage, da arbejdet blev udført om natten efter toggangens ophør. Med det nye spor er strækningshastigheden på Skagensbanen øget fra 75 km/t til 100 km/t - og endda 120 km/t på strækningen Hulsig-Skagen. Den 9.januar 2005 blev en stor dag for Nordjyske Jernbaner, da man indsatte fire nye Siemens Desiro togsæt på strækningen Skagensbanen. Samtidig ophørte en epoke for Skagensbanen, idet busdriften blev indstillet. Busafgangene erstattedes af et øget antal togafgange mellem Frederikshavn og Skagen, således af der blev op til 21 daglige togafgange i hver retning. Yderligere tre Desiro togsæt blev leveret i februar 2005 og den 2.april indsattes de nye togsæt tillige på Hirtshalsbanen. De nye Desirotog er komfortable med let ind- og udstigning, toilet osv og i kraft af den store turisttrafik har Nordjyske Jernbaner ved en lille tilpasning af siddepladsantallet forøget antallet af cykelpladser ombord. Med indsættelsen af de nye togsæt samt et nyt køreplanskoncept blev hele moderniseringsprocessen på en gang synlig og håndgribelig for banens kunder. Markedsforhold har gjort, at Nordjyske Jernbaner ikke selv kører jernbanegodstrafik, men udlejer trækkraft og personale til fremmede godsoperatører. Således køres aktuelt godstrafik Skagen-Aalborg trukket af Nordjyske Jernbaners lokomotiver og ført af Nordjyske Jernbaners personale udlejet til CFL Cargo ApS i et samarbejde mellem dette selskab og Railion Danmark A/S. Billetmæssigt har Nordjyske Jernbaner i 2006 indført Erhvervskortet på begge baner, hvor passagererne med skattefordel kan købe togkort til en væsentligt billigere pris end normalt. Desuden vil indførelsen af det nye landsdækkende rejsekort, som forventes implementeret i Nordjylland i 2009, betyde lettere rejse med banerne - og forhåbentlig endnu flere passagerer på Hirtshalsbanen og Skagensbanen. Med alle investeringerne, der iøvrigt er de største indenfor den kollektive trafik i Nordjylland til dato, har banerne bidraget til at understøtte den positive udvikling for yderområderne Skagen og Hirtshals, så man her også fremover har gode og hurtige forbindelser.