La première section de cette ligne à être concédée est celle de Toul à Barisey-la-Côte, partie d'un itinéraire de Toul à Colombey-les-Belles, par une convention signée, le , entre le département de Meurthe-et-Moselle et M. Parent-Pécher, banquier à Tournai en Belgique, lequel se voit également concédée la ligne d'intérêt local de Lunéville à Gerbéviller (future ligne de Mont-sur-Meurthe à Bruyères). La convention est approuvée par un décret le qui déclare la ligne d'utilité publique, à titre d'intérêt local[1].
Pour ces deux lignes, M. Parent-Pécher n'est pas en mesure de commencer les travaux dans le délai imparti par l'administration. Après la mort de son fondateur, l'entreprise créée par M. Parent-Pécher pour la concession de ces lignes se voit déchue de ses droits en 1880. La ligne de Toul à Colombey-les-Belles, prolongée jusqu'à Favières, est classée ligne d'intérêt général par une loi le [2]. Cette même loi autorise l'État à construire la ligne. Il en confie l'exploitation à la compagnie des chemins de fer de l'Est.
La ligne de Toul à Favières ouvre ainsi le .
De Culmont-Chalindrey à Merrey (et à Neufchâteau)
La section entre Chalindrey et Neufchâteau, alors considérée comme une partie d'une ligne de Chalindrey à Mirecourt et un embranchement de Merrey à Neufchâteau, est déclarée d'utilité publique par une loi le [3]. Une loi du autorise le ministère des Travaux Publics à entamer les travaux de construction de cette section[4].
Par une convention signée le entre le ministre des Travaux publics et la Compagnie des chemins de fer de l'Est, l'État confie provisoirement l'exploitation de la ligne « de Mirecourt à Chalindrey » à la compagnie. Cette convention est approuvée par un décret le suivant[5].
La ligne ouvre le entre Culmont-Chalindrey, Merrey et Hymont-Mattaincourt (Mirecourt), et le entre Merrey et Neufchâteau (cf. ci-dessous).
De Merrey à Neufchâteau et à Barisey-la-Côte
Les sections de « Merrey à Neufchâteau » et de « Neufchâteau à Barisey-la-Côte » sont concédées à titre définitif par l'État à la Compagnie des chemins de fer de l'Est par une convention signée entre le ministre des Travaux publics et la compagnie le . Cette convention est approuvée par une loi le suivant[6]. Par cette même convention, l'État cède à la compagnie les sections de « Toul à Colombey et à Favières » — dont la section entre Toul et Barisey-la-Côte appartient à la ligne de Culmont-Chalindrey à Toul — et de « Chalindrey à Mirecourt » — dont la partie entre Chalindrey et Merrey fait partie de la ligne.
La ligne ouvre le entre Merrey et Neufchâteau, et le entre Neufchâteau et Barisey-la-Côte.
Le , un train de fret percute une voiture au nord de Neufchâteau, faisant 4 morts dont 3 gendarmes et le conducteur de la voiture. C'est après une course-poursuite avec les gendarmes que cette voiture s'est immobilisée sur la voie ferrée.
Électrification
La ligne est électrifiée en 25 000 V – 50 Hz le de Toul à Neufchâteau, et le de Neufchâteau à Culmont-Chalindrey.
Les vitesses limites de la ligne pour les automoteurs en sens impair sont indiquées dans le tableau ci-dessous. Toutefois, certaines trains (trains de marchandises, rames remorquées) peuvent être limités à des vitesses inférieures.
Certains points spécifiques, gares, courbes peuvent être soumises à des limitations de vitesses locales plus faible.
Si le trafic fret est très important grâce à l'importance industrielle de la Lorraine, la desserte voyageurs apparaît un petit peu en retrait, avec seulement 3 000 voyageurs quotidiens entre Toul et Culmont en 1993[8]. Il s'agit de TER (quelques trains entre Nancy et Neufchâteau voire Dijon), la desserte TGV ayant été supprimée en .
↑« N° 2754 - Décret qui déclare d'utilité publique l'établissement de deux chemins de fer d'intérêt local dans le département de Meurthe-et-Moselle : 8 août 1873 », Bulletin des lois de la République Française, Paris, Imprimerie Nationale, xII, vol. 8, no 185, , p. 282-301 (lire en ligne).
↑« N° 10272 - Loi qui incorpore dans le réseau d'intérêt général les chemins de fer d'intérêt local de Toul à Colombey et de Lunéville à Gerbéviller : 13 août 1881 », Bulletin des lois de la République Française, Paris, Imprimerie Nationale, xII, vol. 22, no 594, , p. 62-63 (lire en ligne).
↑« N° 7098 - Loi qui déclare d'utilité publique l'établissement d'un chemin de fer de Mirecourt à Chalindrey, avec deux embranchements, l'un de Merrey à Neufchâteau, l'autre d'Andilly à Langres : 15 juin 1878 », Bulletin des lois de la République Française, Paris, Imprimerie Nationale, xII, vol. 17, no 398, , p. 14-15 (lire en ligne).
↑« N° 8252 - Loi qui autorise le ministre des travaux publics à entreprendre l'exécution des travaux de superstructure de divers chemins de fer : 31 juillet 1979 », Bulletin des lois de la République Française, Paris, Imprimerie Nationale, xII, vol. 19, no 461, , p. 109-110 (lire en ligne).
↑« N° 11286 - Décret qui approuve la convention passée entre l'État et la Compagnie des chemins de fer de l'Est pour l'exploitation provisoire de diverses lignes de chemins de fer : 3 octobre 1881 », Bulletin des lois de la République Française, Paris, Imprimerie Nationale, xII, vol. 23, no 669, , p. 1014-1019 (lire en ligne).
↑« N° 14216 - Loi qui approuve la convention passée, le 11 juin 1883, entre le ministre des Travaux publics, et la Compagnie des chemins de fer de l'Est : 20 novembre 1883 », Bulletin des lois de la République Française, Paris, Imprimerie Nationale, xII, vol. 28, no 834, , p. 345-352 (lire en ligne).
