La compagnie des charentes, dont six des dix-huit plus gros porteurs d'actions sont des sociétés locales de négoce d'eaux-de-vie obtient la concession de la ligne. Ce sera une ligne à double voie et écartement normal et la section Angoulême-Cognac est inaugurée le 16 octobre 1867 . Après 1945, elle passe en voie unique.
La gare de Cognac était aussi le terminus de la ligne industrielle Champblanc - Cognac des établissements Daunizeau puis Garandeau. C'est une voie unique étroite, qui n'est autorisée dans un premier temps que pour la traction animale. Les demandes d'autorisation d'utilisation de locomotives à vapeur, faites dès 1895, n'aboutissent qu'en 1904. Le matériel consiste en cinq locomotives et des wagons plats qui acheminent 35 000 tonnes de sacs de plâtre par an jusqu'à la destruction de la voie par un bombardement et le refus administratif de sa reconstruction.
Le 15 janvier 1972, un train de wagons-citernes qui manœuvre en gare de Gensac-La-Pallue, déraille. Malgré la fusée allumée par la garde-barrière au passage du CD 158, l'autorail venant de Jarnac-Charente le percute. Cet accident fait 3 morts et 97 blessés.