Na jej początku Rosjanie, wycofując się przed Austriakami, rozebrali tory, a tabor potopili w Wiśle. Z kolei Austriacy, przy pomocy jeńców rosyjskich odbudowali, a nawet rozbudowali kolejkę, tylko po to, by pod koniec wojny znów ją zacząć rozbierać.
Wkrótce po odzyskaniu niepodległości odbudowana przez Kleniewskich przejęta przez PKP wąskotorówka uzyskała, tym razem na stałe, połączenie z koleją normalnotorową przy (dzisiejszej) stacji Nałęczów. Powtórnie zastąpiono konie parowozami zakupionymi po 1920 roku w Kołomyńskiej Fabryce Parowozów w Rosji. Parowozy te, zwane "kołomyjkami" lub "samowarkami" kurowały tu do lat 50-tych. Również w latach 20-tych sprowadzono większe, 8 i 15 tonowe wagony, a w następnej dekadzie jeszcze jeden, polskiej produkcji, 40 tonowy parowóz Px 29 Inwestycje prowadzili również, z podziwu godną niezłomnością Kleniewscy. W okresie międzywojennym dobudowali kolejne odcinki torów, m. in. do Opola Lubelskiego i do Piotrawina nad Wisłą, gdzie eksploatowali statek "Zagłoba" kursujący między Sandomierzem a Warszawą. Udało im się też odzyskać od PKP jeden z odcinków torów. Również Kleniewscy zakupili dwie lokomotywy.
Przed wojną rozwijał się też ruch osobowy; w tym turystyczny na trasie Piotrawin - Nałęczów. Kursowały też pociągi luksusowe, tzw. "luxtorpedy". W 1938 roku, w ramach Centralnego Okręgu Przemysłowego dobudowano odcinek do Poniatowej, gdzie rozpoczęto budowę zakładów elektrotechnicznych.
Niemcy w czasie okupacji urządzili tam obóz dla jeńców radzieckich i Żydów, wykorzystując kolejkę do ich przewozu. W 1944 Niemcy część taboru wywieźli, część (tradycyjnie) zatopili w Wiśle. Część, dzięki ofiarności miejscowej ludności ukryto w nadwiślańskich lasach. Słynne "luxtorpedy" odnaleziono po wojnie we Wrocławiu ale nigdy już tutaj nie kursowały.
Po wojnie PKP przejęła ostatni odcinek należący do Kleniewskich (do Piotrawina). Planowano połączenie, po moście na Wiśle, ze Starachowicami (wybudowano tylko krótki odcinek Starachowice - Iłża).
Wprowadzono polskie wagony i lokomotywy, które zostały później zastąpione taborem rumuńskim (od 1968 spalinowe lokomotywy, od 1988 - wagony) Mimo, że część torów rozebrano w latach 1968-70, przewozy rosły - zwłaszcza towarowe. Umożliwiło to wprowadzenie wagonów (platform) normalnotorowych na podwoziach wąskotorowych. W 1990 kolejka zatrudniała 253 pracowników - później zaczął się spadek przewozów tak towarowych, jak pasażerskich. W 1991 roku przestały kurować pociągi pasażerskie do Poniatowej, w 95 r. przerwano ostatnie stałe połączenie - do Opola.
Obecnie w eksploatacji jest sieć długości 40,56 km, którą obsługują cztery lokomotywy spalinowe.