Po odzyskaniu niepodległości w 1918 roku, kolej stała się własnością Polskich Kolei Państwowych. Zarząd od 1920 roku sprawowała Okręgowa Dyrekcja Kolei Państwowych we Lwowie. Prawie dwukilometrowy odcinek torów między Balnicą a Solinką znalazł się za granicą słowacką i pociągi jeździły po nim tranzytem, eskortowane przez Straż Graniczną, aż do listopada 1938 roku, kiedy Polska wymogła na Słowacji korekty granic. W czasach wielkiego kryzysu ograniczono przewozy pasażerskie i eksploatację lasów – w latach 30. kolej wykonywała dziennie tylko jeden kurs do Majdanu i z powrotem. Prywatny 5-km odcinek ze Strubowisk do Kalnicy rozebrano w bliżej nieustalonym czasie po 1918 roku, a odcinek do Roztok Górnych – przed 1938 rokiem. W 1936 roku zaprzestano eksploatacji odcinka Majdan – Beskid, aczkolwiek ponownie został on uruchomiony podczas okupacji.
W czasie II wojny światowej kolej została przejęta pod zarząd niemieckiej Ostbahn i była dość intensywnie użytkowana, przy tym została częściowo zmodernizowana. W tym czasie rozstaw toru został przekuty na ostateczny 750 mm. Oprócz pociągów z drewnem na potrzeby niemieckie, jeździły dwie, a w 1943 roku nawet trzy pary pociągów osobowych dziennie.