El inicio de las obras se prolongó durante años hasta que, en 1891, la Compañía del Ferrocarril del Val de Zafán comenzó las obras de explanación. El primer tramo, de 32 km, entre La Puebla de Híjar y Alcañiz, se inauguró en 1895. Los tramos ya construidos acabaron pasando a manos del organismo de Explotación de Ferrocarriles por el Estado (EFE), que además asumió la tarea de completar la construcción del resto de la línea. Tuvo que ser la Guerra Civil la triste circunstancia que propiciara la realización de este tramo, contienda en la que la línea jugó un importante papel logístico durante la Batalla del Ebro. Por otro lado, gran parte de los obreros que ejecutaron la última fase de las obras de este ferrocarril fueron prisioneros republicanos. La prolongación de la línea hasta Tortosa no se logró finalizar hasta 1942.
En 1941, con la nacionalización del ferrocarril de vía ancha, la línea pasó a integrarse en la Red Nacional de los Ferrocarriles Españoles (RENFE).
Este ferrocarril, conocido en la zona como el Sarmentero (ya que atravesaba una tierra de sembrada de viñedos), tuvo una lánguida existencia durante su corta vida: apenas 31 años. En todo este tiempo no llegó a concluirse el último tramo, entre Tortosa y San Carlos de la Rápita, a pesar de estar construida toda la explanación. El hundimiento de un túnel en 1971 entre las estaciones de Pinell de Bray y Prat de Comte sirvió como excusa para el cierre definitivo de esta línea de ferrocarril. La clausura se produjo en 1973,[2] a pesar de los sucesivos intentos para su mantenimiento.
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