La première section de cette ligne à être concédée est celle de « Lunéville à Gerbéviller » le , par une convention, signée entre le département de Meurthe-et-Moselle et M. Parent-Pécher, banquier à Tournai en Belgique. La convention est approuvée par un décret le qui déclare la ligne d'utilité publique, à titre d'intérêt local[2].
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 Lunéville à Gerbérviller est classée ligne d'intérêt général par une loi le [3]. 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 loi du (dite plan Freycinet) portant classement de 181 lignes de chemin de fer dans le réseau des chemins de fer d’intérêt général retient en no 27, une ligne de « Gerbéviller (Meurthe-et-Moselle) à Bruyères (Vosges) »[4].
La section entre Gerbéviller et Bruyères est déclarée d'utilité publique par une loi le [5]. Elle est concédée 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 la ligne entre Lunéville et Gerbéviller.
En 2023, sous l'impulsion d'industriels locaux ainsi que de la Communauté de Communes, un projet de régénération et réouverture de voie entre Rambervillers et Bruyères, à destination du fret uniquement, est envisagé pour un coût estimé entre 30 et 40 millions d'euros (20 km). Si les financements sont trouvés, cette réouverture est prévue à l'horizon 2030[7].