Po oddaniu do użytku zapory wodnej i linii kolejowej trasa ta miała zarabiać na przewozie węgla (z rejonu Wałbrzycha) oraz lokalnych materiałów, zwłaszcza drewna i piaskowca wydobywanego w rejonie Lwówka Śląskiego. Wraz z tym linia ta miała doprowadzić do aktywizacji ekonomicznej regionu lwóweckiego, również poprzez funkcję turystyczną dzięki łatwiejszemu dojazdowi do atrakcyjnych turystycznie miast (Wleń i Lwówek Śląski) oraz innych zabytków.
W 1900 rozpoczęto pierwsze prace projektowe nad budową zbiornika wodnego w Pilchowicach, a dwa lata później budowę trasy kolejowej. Budowa linii do Lwówka Śląskiego napotykała wiele trudności, związanych głównie z bardzo zróżnicowanym terenem, który powodował konieczność budowy licznych obiektów inżynieryjnych. Jej budowę rozpoczęto z dwóch stron – od Lwówka Śląskiego i Jeleniej Góry. Pierwszy etap polegał na budowie połączenia do Pilchowic z uwagi na konieczność dostarczenia materiałów do budowy zapory. Na czas jej budowy położono również trzecią szynę w celu umożliwienia transportu na plac budowy kolejkami wąskotorowymi. Do budowy linii sprowadzono również doświadczonych pracowników narodowości włoskiej i polskiej. Odcinek Jelenia Góra – Pilchowice oddano do użytku 1 października 1906. Drugim w kolejności odcinkiem oddanym do użytku była trasa Lwówek Śląski – Wleń.