20多名死者的逾百名家屬，周三早上遊行到溫州火車南站示威抗議，要求當局交代出事真相。他們部分人手持事故中死者遺照，遊行到了火車站後，拉起橫額高叫口號。他們一度堵塞南站閘口靜坐抗議，要求鐵道部向他們交代真相，。他們靜坐近六個小時後自行離開。期間有車站工作人員接待他們，現場公安戒備，但未阻撓他們抗議。
一名死者家屬張女士指，至今鐵路部仍未交待事故真相，家屬們會繼續抗議要求對話。她說：事發後至今當局仍未有交待事件的真相，我們的要求很簡單，就是要真相，絕對不過份，但當局總是不予回覆，周二如是，周三亦如是，。我們周四仍會去抗議。
另一名遇難死者家屬王女士向記者指，事發至今已踏入第五日，很多死者家屬仍然未辦好親人的後事，家屬連日被工作組人員以人盯人方式監視行踪，及商談賠償事宜，。王女士指，當局要求周內簽署協議否則不准帶走遺體。她說：我們很想快些把死者遺體帶走，盡快了結此事，她並非本地人，我們要盡快處理她的後事，但他們就指若不盡快簽署賠償協議，就絕對不會給遺體讓你們帶走。我們可以怎樣辦？
王女士指，事故中死了五名親人的楊峰，已經再沒有出現及與其他死者家屬聯繫，現時死者家屬均被日夜監視，大陸媒體的記者亦已經離開。家屬無處申訴。家屬們都擔心當局的態度漸趨強硬，開始擔心人身安全問題。
另一名死者家屬黃先生向記者指，周二下午鐵道部人員到其留宿的賓館，商討賠償問題，黃先生要求當局交代事件真相，卻遭鐵道部人員喝罵。黃先生批評當局草率了事，根本無心徹查事件真相。他說：他們逐個擊破，不准我們相互透露賠償的金額，不准集體申訴，他們一入來就指給你五十萬，甚麼都不提，要求你說答不答應。我反過來說，我給你五十萬，你給我一條人命吧。這是極不合理的。
黃先生指，死者是他12歲的侄女，現時他妹妹亦在事故中受傷留院，至今她仍未能接受女兒的離世，每晚仍然不停夢回火車相撞一刻的情境，不敢關燈，精神及身體受盡折磨，金錢無法彌補所受的創傷。
毛先生向記者表示，他叔叔在事故中身亡，他質疑當局與個別家屬商討賠償，只是希望盡快了結事件。他說：不公平，如果你有點文化水平，如果你懂一些法律知識，你可能賠償多一點，但是如果你沒有知識，那可能五十萬就解決問題，先前賠償五十萬那個就是案例，他們就以這個與你談後續的問題。
而意外中失去五個親人、包括懷孕太太的楊峰，並沒有參加家屬的示威行動，他的爸爸亦在此次意外中受傷，在溫州巿留醫。他周二在微博留言表示，要照顧剩下的親人，指自己自私，希望大家原諒。又指自己受壓，無能為力，否則將再失親人。記者多次致電楊峰，他手機一直被佔線無法接通。
在事發二十小時後獲救的2歲半女童項煒伊，醫生決定不用截肢。大陸媒體報道，她的主診醫生認為她的情況不斷向好發展，沒有出現併發症，腳趾的供血情況亦不斷恢複中。不過目前還沒有度過危險期，還要在重症監護室嚴密觀察。
而堅持原地搜救、結果令項煒伊獲救的特警支隊隊長邵曳戎，接受中央電視台訪問時更正先前媒體的報道，指稱上級沒有下令停止搜救，只是鐵路局人員曾建議將列車殘骸吊到其他地方再搜索。但當時由於不肯定車廂內是否仍有生還者，因此他不同意將車廂吊走，決定原地搜索。
另外，當局周三再公布新一批死者名單，包括來自福建、浙江、湖南等共七人的身份獲確認，仍有四具屍體的身份有待監證。至於在出事現場比較大件的動車殘骸，已經全部運走檢查。