W 1851 roku linia została przedłużona do Wałbrzycha. W 1862 roku podjęto decyzję o budowie połączenia Zgorzelec – Wałbrzych – Międzylesie. Planowana linia kolejowa miała stanowić fragment linii kolejowej Berlin – Wiedeń, a także przyczynić się do rozwoju podupadającego przemysłu włókienniczego i wydobywczego w regionie Wałbrzycha, Jeleniej Góry i Kamiennej Góry. Projekt został ukończony w 1867 roku.
Przed II wojną światową linia była regularnie modernizowana. W roku 1907 cała była dwutorowa. Niska efektywność lokomotyw parowych w terenie podgórskim i górskim oraz niewielka odległość między stacjami zadecydowały, że państwo pruskie w latach 1908-1911 przeznaczyło szlak Wrocław – Jelenia Góra i sieć linii bocznych do pilotażowej, pionierskiej w skali światowej elektryfikacji prądem przemiennym jednofazowym o napięciu 15 kV i częstotliwości 16 i 2/3 Hz, zrealizowanej w latach 1914-1928.