Do 1939 r., prowadzono regularny ruch pasażerski oraz towarowy. Przez cały okres międzywojenny na kolei pracowały 2 parowozy – jeden znajdujący się tam od chwili jej wybudowania i drugi sprowadzony przez wojska austriackie. Poza tym w 1929 r. eksploatowano 2 wagony osobowe i 44 wagony towarowe. W 1920 r. została ponownie uruchomiona prywatna linia Cisna – Beskid. W drugiej połowie lat trzydziestych, z uwagi na wyczerpanie się dostępnych zasobów drewna, linia ta została zamknięta i rozebrana. Wraz z wybuchem II wojny światowej ruch na kolei zamarł. Dopiero w listopadzie 1939 r. nowe władze okupacyjne wznowiły ruch na linii Nowy Łupków – Cisna.
W 1940 r. na kolei kursowały 2 pary pociągów z wagonami drugiej i trzeciej klasy a w 1943 r. 3 pary z wagonami tylko trzeciej klasy. We wrześniu 1944 r. ofensywa sowiecka spowodowała pospieszną ewakuację personelu, urządzeń i niemal całego taboru kolei. Po zakończeniu drugiej wojny światowej PKP przejęła liczącą 25 km linię Nowy Łupków – Cisna posiadającą nadal szerokość toru 760 mm. W tym czasie na kolei nie było praktycznie żadnego taboru – znajdowały się tam tylko dwie węglarki. Kolei tej nie uruchomiono z uwagi na wyludnienie Bieszczad, zniszczenie infrastruktury i niespokojną sytuację wynikającą z trwających walk powstańczych. W 1950 r. rozpoczęła się odbudowa linii Nowy Łupków – Cisna.
W pierwszej połowie lat pięćdziesiątych Biuro Urządzania Lasów i Projektów Leśnictwa w Warszawie wykonało projekt modernizacji istniejącej linii Nowy Łupków – Cisna i budowy nowej linii Rzepedź – Smolnik z odgałęzieniem do Mikowa i linii Cisna – Moczarne a w 1955 r. w ramach modernizacji istniejącej linii na odcinku Nowy Łupków – Wola Michowa tor kolejki ułożono w zupełnie nowym miejscu i wybudowano nową stację Smolnik. W dniu 26 lipca 1957 r. oddano do użytku pierwszy nowy odcinek o długości 4,8 km prowadzący z Cisnej do Dołżycy. W 1959 r. ukończono budowę linii z Mikowa Dolnego do Smolnika łącząc Rzepedź z istniejącą koleją. Jednocześnie kontynuowano budowę linii z Cisnej do Moczarnego.
Budowa kolejnego, liczącego 6 km długości odcinka z Dołżycy do Przysłupia trwała aż trzy lata. Takie tempo budowy wynikało z bardzo trudnych warunków terenowych. Trasa kolei przecinała głębokie doliny potoków o mocno nawodnionym, miejscami o płynnej konsystencji gruncie, co poważnie utrudniało formowanie nasypów dochodzących do 16 metrów wysokości. Odcinek ten oddano do ruchu pod koniec 1961 r. a całą linię do Moczarnego we wrześniu 1964 r.