La formule de rames propulsées par des turbines à gaz, essayée sur le TGS puis les rames ETG, se révélant au point, un matériel de seconde génération fut rapidement commandé, afin de redynamiser les liaisons grandes lignes transversales.
Reprenant les mêmes faces frontales que les rames ETG, les RTG présentent néanmoins de nombreuses différences : les deux motrices sont équipées de turbines TURMO III de 820 kW pour la traction et de turbines ASTAZOU pour alimenter les auxiliaires (il n'y a plus de moteur Diesel pour le démarrage). Les caisses sont plus longues et n'ont plus de nervures ; reprenant elles aussi les aménagements des voitures USI, elles sont climatisées (voir paragraphe spécifique).
Après des essais menés à partir de fin 1972 sur la rame RTG 01 à trois caisses, les rames RTG entrent en service commercial en 1973. Engagées en remplacement de rames tractées ou de rames RGP sur les transversales Lyon - Bordeaux, Lyon - Nantes, Bordeaux - Nantes,, Caen - Tours, Lyon Strasbourg, elles permettent d'importants relèvements de vitesses et de niveau de confort. En 1975, elles évincent aussi les ETG sur Paris - Caen - Cherbourg / Deauville. L'utilisation de telles rames sur Paris - Bâle et Clermont a été prévue puis annulée à cause de la crise pétrolière.
Victimes de leur succès, ces rames ne pouvant être couplées en unité multiple sont remplacées à nouveau par des rames Corail et CC 72000 sur Lyon - Nantes à partir de 1977, tandis que les dernières rames livrées ont une partie bar plus capacitaire. Avec les chocs pétroliers, l'exploitation des RTG est devenue coûteuse, si bien que des turbines plus modernes type Turmo XII de 1200 kW sont essayées à la fin des années 70. Cela déboucha sur la remotorisation des motrices à numéro pair à partir de 1981 : vu le surplus de puissance, les motrices Turmo III ne sont utilisées qu'en cas de ligne à profil difficile.
Hélas, à la même époque, les projets d'électrification reprennent dès la fin des années 70, Bordeaux - Toulouse et l'étoile d'Angers puis Lyon - Grenoble / Chambéry sont équipés de caténaires, annulant l'utilisation de rames RTG sur ces axes. Ailleurs, ce sont les rames tractées par des locomotives Diesel qui sont de plus en plus utilisées. Les révisions générales furent arrêtées en 1991 et dès 1993, des rames sont radiées, une vente à l'Iran de deux d'entre elles était d'ailleurs prévue.
En 1995, c'est l'axe Lyon - Strasbourg qui est entièrement bouclé sous caténaire : les RTG sont désormais remplacées par des rames Corail réversibles associées à des BB 25200. L'année suivante, c'est la ligne Paris - Caen - Cherbourg qui est électrifiée, provoquant le garage puis la radiation de la majorité des RTG. Seules celles affectées au dépôt de Vénissieux sont toujours utilisées, se voyant confier également quels relations d'ordre régional. A partir de 1999, il n'y a plus que sept rames à l'inventaire, la seule relation assurée est Lyon - Bordeaux, avec un aller retour Bordeaux - Périgueux d'où le rattachement de ces rames à TER Aquitaine. Les rames radiées sont garées à Caen ou en Lorraine et vandalisées.
La fin de carrière de ces rames fut dure à gérer : victimes de corrosion car n'étant plus passées en révision générale depuis 1991, arrivant à limite de parcours, peu nombreuses et peu entretenues, elles restaient néanmoins appréciées (d'où des projets de modernisation). S'y ajoutèrent divers déboires : incendie d'une motrice, présence d'amiante au niveau des turbines empêchant un moment leur exploitation, et même chute de la motrice T 2032 alors qu'elle était en cours de maintenance.
Le 11 décembre 2004, les six derniers turbotrains furent réformés et vendus à l'Iran pour 50000 € / pièce (acheminement par rail via la Turquie quelques mois plus tard). Ils furent remplacés sur la liaison Lyon - Bordeaux par un train Corail tracté par une BB 67400, d'où un trajet plus long d'une heure. Ce matériel très réussi n'a donc pas eu de successeur ni même la carrière qu'il méritait, victime de la crise pétrolière et d'un désintérêt de la part de la SNCF. Aujourd'hui les relations transversales grandes lignes ont pour la plupart été remplacées par des TGV intersecteurs passant en région parisienne, les autres étant moribondes.
Excepté quelques essais avec des compositions à trois caisses, les RTG ont été exploitées durant toute leur carrière sous la forme de rames à cinq caisses. A noter que les rames 9 (composée des TBDu 2017, TRAu 22009, TRBu 32009, TRBru 52009 et TBDu 2018) et 10 (TBDu 2019, TRAu 22010, TRBu 32010, TRBru 52010 et TBDu 2020) ont dès leur construction été louées à Amtrak qui les a ensuite achetées : elles n'ont donc pas figuré dans les inventaires de la SNCF, d'où un nombre d'exemplaires par type différent des plages d'étendue des numéros cités ci dessous :
On trouve successivement la vaste cabine de conduite, le compartiment des turbomoteurs, un compartiment fourgon, puis une salle de 48 places de seconde classe et la plateforme d'accès. Numéros TBDu 2001 à 2081.
Ces remorques sont aménagées avec 60 places de première classe (disposition 2+1). Numéros TRAu 22001 à 22041.
Ces remorques comportent 80 places de seconde classe. TRAu 32001 à 32020 et 32040 et 32041.
Destinées aux relations Paris - Normandie, ces remorques sont mixtes : s'y trouvent 40 places de seconde classe (en 2+2) et 29 de première classe (disposition 2+1). Numéros TRABu 42021 à 42039.
Remorques de seconde classe et bar. Les TRBru 52001 à 18 ont seulement une salle de seconde classe de 44 places et une salle "Grill Bar", tandis que les remorques TRBru 52019 à 41 ont en plus une autre salle de 20 places de seconde classe, d'où une partie Grill Bar plus petite.
Mêmes aménagement que les motrices impaires, mais ces motrices ont été rééquipées avec des turbomoteurs type Turmo XII à partir de 1981. Numéros TBDu 2002 à 2082.
A noter qu'il est arrivé qu'une sixième caisse soit ajoutée lorsque des remorques étaient disponibles. Une mise à six caisses définitive des rames restantes fut envisagée au milieu des années 90, mais ne put avoir lieu à cause de la longueur du hangar de maintenance du dépôt de Vénissieux.
Vu leur âge récent, les rames RTG ont suscité un certain nombre de projets de transformation plus ou moins réalistes, qui n'ont finalement jamais été réalisés.
Soutenus par la région Rhône Alpes, deux projets assez avancés ont ensuite été lancés au début des années 2000 :
Pour des raisons économiques, les deux projets ont ensuite été fusionnés, ces deux types de dessertes partageant le même matériel. Outre une révision générale poussée avec remotorisation, la climatisation aurait été installée dans les cabines de conduite et les aménagements auraient été entièrement refaits. Même si les premiers projets envisageaient des rames ramenées à quatre caisses, la cinquième remorque aurait finalement été conservée, avec maintien d'un petit espace bar (distributeurs automatiques type TER Centre). Les aménagements intérieurs auraient été soit du type Corail Nouvelle Décoration / TER soit Corail Téoz pour les rames Grandes Lignes.
Hélas, vu l'état catastrophique des éléments garés (certains avaient même des arbres qui poussaient à l'intérieur !) et le problème du désamiantage des motrices, le devis gonfla très rapidement, dépassant largement le coût d'achat d'engins neufs type AGC. Quelques années plus tard, ces rames furent d'ailleurs ferraillées.
La T 2057 est exposée au Musée de Mulhouse, mais avec un aménagement type première classe. La motrice T 2010 serait également à l'abri au dépôt de Mohon mais sans avoir subi de remise en état ; quant aux deux rames garées en 1993 aux ateliers de Bordeaux en vue de leur vente à l'Iran, rien n'indique ce qu'elles sont devenues.
Construites avec une livrée gris métallisé et jaune, les rames ont rapidement été vu leur gris devenir couleur "ciment", ayant une bien meilleure tenue au temps ; les seules variantes concernent les logos.
On peut également ajouter à ces rames les turbotrains construits en 1983 pour l'Egypte : bien qu'ayant des caisses spécifiques, ces rames partagent bon nombre d'éléments avec les RTG et préfigurent ce qu'aurait été une troisième génération de turbotrains si le choc pétrolier n'avait pas eu lieu.