Vakuumska zavora je služila kot univerzalni standardni zavorni sistem na železniških vlakih, dokler ni bila zamenjana z učinkovitejšimi in varnejšimi sistemi stisnjenega zraka, ki se uporabljajo danes. Vakuumski zavorni sistem deluje tako, da ustvarja podtlak v nizu cevi, ki potekajo po celotnem vlaku. Te cevi so povezane z batnimi enotami na vsakem vozičku, ki ob sprožitvi vakuuma zaprejo zavorne čeljusti na kolesih vozička. Na starejših parnih vlakih so vakuum dovajali z ejektorji na lokomotivi, medtem ko so novejši sistemi uporabljali vakuumske črpalke na električni pogon. Čeprav so sistemi s stisnjenim zrakom zdaj norma na večini novih vlakov, še vedno obstajajo železniški operaterji, ki uporabljajo tirna vozila s kombinacijo stisnjenega zraka/vakuumskih zavor.
Čeprav so na splošno učinkoviti, imajo preprosti vakuumski zavorni sistemi eno resno, včasih usodno napako, tj. vsak prelom cevi povzroči, da celoten sistem ne deluje. Ta prekleta »Ahilova peta« je povzročila več resnih nesreč, ki so vključevale pobegle vlake in končno namestitev varnejšega avtomatskega vakuumskega zavornega sistema. Avtomatski vakuumski sistemi so blokirali vse zavore vlaka, če je prišlo do prekinitve oskrbe z vakuumom. Čeprav so bili varnejši, so se sistemi še vedno počasi inicializirali, zlasti v primeru dolgih vlakov. Te težave z zmogljivostjo so počasi privedle do razširjene namestitve zavornih sistemov s stisnjenim zrakom, ki so hitrejši za aktiviranje in sprostitev ter na splošno varnejši.
Vakuumski zavorni sistem ima v svojem srcu osrednji vakuumski vod ali cev, ki poteka po dolžini vlaka. Linija je običajno jeklena cev na vozičkih, povezana s gibljivimi cevmi med posameznimi vozički. Zadnji voziček ima na koncu vakuumske cevi vstavljen slepi priključek za zapiranje kroga. Na parnih lokomotivah ejektor zagotavlja podtlak za zavore in ga uravnava vrsta ročic v voznikovi kabini. Ti ejektorji so preproste parne venturijeve naprave, ki potegnejo zadosten podtlak za aktiviranje vakuumskega zavornega sistema.
Ko je potrebna zavorna sila, strojevodja aktivira ejektor, ki izvleče zrak iz osrednje črte in tako ustvari podtlak v sistemu. Sklop zavornega bata je nameščen na spodnji strani vsakega vozička in povezan s centralno vakuumsko linijo. Ko ga premakne podtlak v sistemu, ta bat aktivira niz povezav, ki potegnejo zavorne čevlje proti kolesom vozička. Ko se zavore sprostijo, se vakuum zmanjša in zrak teče nazaj v batni cilinder, ki ga premakne nazaj in ponovno odpre zavorno čeljust, da sprosti kolesa.