Vorgeschichte bis 1912

Die Bemühungen um eine Eisenbahnverbindung vom Rhein in den Westerwald begannen bereits im Jahr 1876. Ein Vorschlag war, eine schmalspurige Bahn mit 1000 mm Spurweite (Meterspur) von Neuwied durch das Wiedtal nach Neustadt (Wied) zu bauen, um die in der Region „Neustadt – Flammersfeld“ gewonnenen Eisenerze den Eisenhütten in Neuwied und Sayn zuzuführen und um den aus den zahlreichen Steinbrüchen stammenden Basalt an die rechtsrheinische Bahnstrecke zu bringen. Darüber hinaus sollte die Bahn die allgemeine Wirtschaftsentwicklung der Region fördern und damit dem Wegzug der kleinbäuerlichen Bevölkerung entgegenwirken. Eine Weiterführung von Neustadt nach Asbach sollte dann eine Verbindung zur Bröltalbahn schaffen, die bereits 1892 als Schmalspurbahn fertig gestellt war und von Asbach nach Hennef (Sieg) führte.

Ein anderer Vorschlag war, eine möglichst kurze Streckenführung von Linz am Rhein in das Wiedtal zu haben, um so auch Basalt an den Rhein zu bringen. Auch im oberen Wiedtal bestand ein Interesse an einem Anschluss an die Preußische Staatseisenbahn. Die im Jahr 1888 gegründete Basalt AG in Linz erklärte 1902 gegenüber der Königlichen Eisenbahndirektion, dass sie aus ihren Steinbrüchen auf der Linzer Höhe jährlich 150.000 t mit der Bahn befördern wolle. Der Bau der Strecke von Linz mit Anschluss an die rechtsrheinische Bahn über Neustadt nach Seifen mit Anschluss an die Holzbachtalbahn als normalspurige und eingleisige Bahn wurde am 6. Juli 1905 genehmigt. Im April 1909 begannen die Bauarbeiten und am 1. Oktober 1912 wurde die Strecke eröffnet. Die Baukosten betrugen 7,5 Millionen Mark; einen großen Teil davon mussten die an der Strecke liegenden Gemeinden aufbringen.

Zahnradbahn

Die großen Steigungen von bis zu 57 ‰ in den Streckenabschnitten zwischen Kasbach und Kalenborn (Höhenunterschied etwa 300 m) sowie zwischen Elsaff und Vettelschoß (Höhenunterschied etwa 200 m) machten auf Teilstrecken einen Zahnstangenbetrieb erforderlich. Auf der Strecke nach Kalenborn waren zwei Zahnradbahn-Abschnitte mit zusammen 5.080 m, nach Vettelschoß ebenfalls zwei Abschnitte mit 3.620 m. Auf den beiden Steilstrecken mussten die Lokomotiven am talseitigen Zugende fahren, deswegen war der Bahnhof Lorscheid (heute Ortsteil von St. Katharinen) als Kopfbahnhof ausgelegt. Die aus Richtung Flammersfeld kommenden Güterzüge mussten in Wiedmühle auf Zuglasten von 120 bis 150 t geteilt werden.

Zum Einsatz kamen zunächst Zahnraddampflokomotiven der Bauart T 26. Insgesamt waren auf der Strecke 13 Lokomotiven unterwegs. Der Zahnstangenbetrieb wurde im August 1931 eingestellt, nachdem bereits ab 1924 Lokomotiven der Baureihe 94 mit Gegendruckbremse fuhren.

Unfall im Jahr 1916

Am 30. Dezember 1916 ereignete sich im Elsafftal ein Unfall, bei dem drei Menschen starben. Schwere Regenfälle hatten den Bahndamm bei Elsaff an mehreren Stellen beschädigt. Schon am Vortag wurde ein besonderer Wachdienst eingerichtet; die Züge durften nur mit verminderter Geschwindigkeit fahren. Wegen der zunehmenden Dammbeschädigung konnte der letzte Personenzug ab Linz unterhalb des Bahnhofs Elsaff (bei Wöllsreg) die Fahrt nach Altenkirchen nicht fortsetzen. Ein Zug aus Richtung Altenkirchen nahm die umsteigenden Passagiere auf. Der Linzer Zug fuhr ohne Reisende nach Elsaff zurück, dort wurden die Personenwagen abgekuppelt, die Lokomotive sollte alleine nach Linz fahren. Sie stürzte dabei zwischen Elsaff und Vettelschoß etwa 8 Meter tief ab. Die Regenmassen hatten an der Stelle das Gleisbett auf einer Strecke von 20 bis 30 Meter unterspült.

Nach 1945

Aufgrund der Kriegsereignisse musste am 11. März 1945 der Betrieb eingestellt werden. Nach Instandsetzungsarbeiten konnten am 13. März 1945 die Züge ab Linz wieder bis Mittelelsaff und ab dem 8. Oktober 1945 wieder bis Mettelshahn (heute Ortsteil von Neustadt) verkehren, wo zwischen Neustadt und Peterslahr ein provisorischer Endpunkt eingerichtet wurde.

Am 14. Mai 1950 wurde der gesamte Betrieb auf dem Abschnitt Neustadt–Mettelshahn eingestellt und der Betrieb 1951 zwischen Linz und Neustadt (Wied) auf vereinfachten Nebenbahnbetrieb umgestellt, das Personal abgezogen. Die Bahnmeisterei in Neustadt (Wied) wurde zum 31. August 1952 aufgelöst.

Später – so im Sommerfahrplan 1957 – wurde werktags nur noch ein Zugpaar auf der Relation Linz–Neustadt eingesetzt. Im gleichen Jahr wurde der seit dem Krieg verkehrslose Abschnitt Neustadt (Wied)–Flammersfeld auch offiziell aufgegeben und stillgelegt. Zum 4. Oktober 1959 wurde der Bahnhof Elsaff zu einem Haltepunkt herabgestuft. Zum 29. Mai 1960 wurde der Personenverkehr auf der noch betriebenen Reststrecke völlig eingestellt, der noch bis zum 25. September 1966 durchgeführte Güterverkehr erreichte nur noch Kalenborn. Der Abschnitt zwischen Kalenborn und Wiedmühle war ab dem 1. Januar 1961 ohne Verkehr und der Betrieb wurde dort zum 25. September 1966 dauerhaft eingestellt. Als Massengut verblieb bis zum 17. Mai 1995 der Transport von Schmelzbasalt.

2023 gab es wieder Güterverkehr zur Abfuhr von Holz zwischen Kalenborn und Linz.