2014년 5월 12일, 경부선, 호남선에 우선 투입되었다. 2015년까지는 기존 새마을호와 병행했으나 현재는 모두 이 열차로 운행 중이다. 2014년 6월 1일부터 기존 새마을호 열차 중 경전선 서울 - 진주 2왕복(#1031~#1034), 전라선 용산 - 여수 2왕복(#1121~1124)을 각각 ITX-새마을(#1081~#1084 / #1191~#1194)로 대체하였다. 이로써 경전선, 전라선은 국내에서 최초로 기존 새마을호를 ITX-새마을로 대체한 노선이 되었다.
2014년 6월 30일부터 경부선, 호남선, 전라선의 모든 새마을호 열차를 대체하여 운행하게 되었다. 그리고 기존의 새마을호를 포함한 새마을 등급의 야간열차 운행은 완전히 끝나게 되었다. 당연히 일부 구간 비전철 구간을 운행하는 장항선은 제외. 그리고 2015년 4월 1일을 마지막으로 포항역에서 새마을호는 완전히 사라졌다.
새마을호 병행 시절 ITX-새마을의 열차 번호는 새마을호의 뒤쪽인 1050번대(경부선), 1130번대(호남선), 1080번대(경전선), 1190번대(전라선)였으나, 이 구간을 운행하던 새마을호가 모두 ITX-새마을로 대체됨에 따라 2015년 4월 2일에 개정된 열차 시각표부터 기존에 새마을호가 사용하던 1001번(경부선), 1101번(호남선), 1031번(경전선), 1121번(전라선)부터 순차적으로 재배정받았다. 중앙선은 처음부터 새마을호 번호인 1070번대를 받아서 해당사항이 없다.
2018년 7월 1일자로 서울역과 신해운대역 간을 왕복하는 차량의 열차번호가 1040번대에서 1020번대로 변경되었고, 거의 모든 ITX-새마을의 소요시간이 단축되어 경부선 기준 모든 열차가 4시간 50분 이내로 소요된다.
2021년 1월 5일 중앙선 KTX가 개통하면서 중앙선 ITX-새마을이 폐지되었다. 다만 중앙선 ITX-새마을의 정차역은 거의 그대로 중앙선 KTX-이음이 승계하게 된다.[3] 또한 목포행, 광주행, 여수엑스포행 열차는 열차번호가 각각 1060번대, 1070번대, 1080번대로 변경되었다. 2026년 상반기에는 장항선 (용산~익산) 복선전철 구간이 개통이 되면, 운행할 예정이다.
