Linjen mellan Oxford och Didcot Parkway var stängd i 16 dagar medan översvämningsförebyggande arbete ägde rum på Hinksey.
Spåren vid Hinksey löper längs Themsen och har översvämmats 11 gånger på 14 år.
De har höjts 60cm (24in) och kulvert har byggts för att låta vatten flöda under linjen.
Ersättningsbussar användes under den period linjen stängdes.
Oxford Station manager Richard Fry sa att förbättringarna skulle "föra Brunels järnväg in i 2000-talet".
Ett 18 miljoner pund projekt för att minska översvämningar på en sträcka av järnvägen nära Oxford har slutförts.