Die Bahnstrecke wurde um 1900 als Ergänzung zu den strategischen Bahnen Dümpelfeld–Lissendorf und Junkerath–Weywertz geplant. Die eigentlichen Bauarbeiten begannen im April 1909. Feierlich eröffnet wurde die Strecke am 30. Juni 1912 zusammen mit den beiden anderen Bahnstrecken. Die Baukosten in Höhe von 7,2 Millionen Mark wurden zu 80 % vom Reich bezahlt, die restlichen 20 % von Preußen getragen. Die Strecke führte von Hillesheim an der Bahnstrecke Dümpelfeld–Lissendorf nach Gerolstein, während sie die ersten rund 9 km eine komplett eigene Trasse hatte (davon circa 3 km in wenigen hundert Meter Entfernung zur Eifelstrecke), lagen die restlichen circa 3 km bis Gerolstein parallel der Eifelquerbahn. Vor dem aufgelassenen Bahnhof Pelm mündete noch die zweigleisige Eifelstrecke ein, somit führten fünf parallel verlaufende Gleise bis Gerolstein.
Am 1. Juli 1912 wurde der eigentliche Betrieb aufgenommen, fortan verkehrten täglich zwei Zugpaare auf der Strecke. Da die Strecke hauptsächlich nach militärischen Gesichtspunkten geplant wurde, blieb der Verkehr außer während der beiden Weltkriege stets bescheiden. Nach dem Ersten Weltkrieg war der Verkehr zeitweilig ganz eingestellt, lediglich zu Markttagen verkehrte einmal monatlich ein Personenzugpaar. In der zweiten Hälfte der 1930er Jahre stieg der Verkehr wieder an, da zahlreiche Materialtransporte für den Bau des Westwalls über die Strecke geführt wurden. Im März 1945 wurden große Teile der Strecke von der Wehrmacht zerstört, und auch das schon durch alliierte Luftangriffe beschädigte Viadukt Hillesheim wurde gesprengt. Da nie ein nennenswertes Verkehrsaufkommen bestand, wurde die Strecke nach Kriegsende nicht wieder aufgebaut
Wenn man zu dem heutigen Hillesheimer "Aussichtspunkt 5" geht, hat man einen tollen Blick auf Hillesheim und kann sich anhand der alten Bilder vorstellen, wie es früher hier ausgesehen hat.
