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La realizzazione di questa linea ferroviaria fu chiesta da più parti come completamento del progetto della ferrovia Subappennina mai realizzato.
I lavori iniziarono nel 1916 nonostante la concessione fu rilasciata il 10 Marzo del 1913 alla Società Anonima delle Ferrovie e Tranvie Padane. Era previsto uno scartamento ridotto a 960 mm partendo dalla stazione di Rimini Centrale raggiungendo la cittadina di Novafetria che nel 1911 contava 5000 abitanti. La ferrovia fu inaugurata il 21 Giugno del 1916 nel tratto tra Rimini e Verucchio. Nel 1921 fu ampliata fino a Torello e fu completata l’anno successivo il 18 Giugno 1922 arrivando a Novafeltria. Il traffico era generato da locomotive a vapore. La gestione fu affidata alla Società Anonima Ferrovie e Tranvie Padane che la mantenne fino al 1932 quando sopraggiunsero difficoltà economiche della società concessionaria portarono alla soppressione del servizio. Provvisoriamente la concessione dovette essere assunta provvisoriamente dall’amministrazione governativa e nel frattempo la società fu dichiarata fallita con regio decreto il 7 Settembre 1933. Varie società fecero domanda di Concessione, vennero iniziate varie istruttorie in seguito agli eventi susseguiti. Ma nel 1940 il Ministero pose termine a qualsiasi ulteriore istruttoria di concessione. Durante il secondo conflitto mondiale la ferrovia subì notevoli danni e negli anni successivi nel tratto da Verucchio e Pietracuta fu ricostruita adattandola al progetto della ferrovia subappennina ma mai completata.
Negli anni 50 il servizio a vapore fu sostituito con automotrici.
Il 15 Ottobre del 1960 la ferrovia venne chiusa e dal giorno successivo sostituita con servizio sostitutivo su strada a cura della stessa gestione. Pensate che nello stesso anno la ferrovia aveva trasportato 346.652 passeggeri e 192 tonnellate di merci. Dopo la dismissione della ferrovia il suo tracciato fu utilizzato per l’ampliamento della strada statale 258. Sopravvivano alcune stazione, caselli riutilizzati con vari scopi. Nel 1952 Sergio Zavoli dedicò a questa linea in documentario radiofonico di 34 minuti che dava voce ai vari personaggi. I contadini che vedevano nella ferrovia uno sviluppo del territorio e apprezzavano lo sbuffare delle locomotive al loro passaggio. I governanti che la volevano smantellare a causa degli insufficienti introiti economici. Del capotreno che ama il sistema a vapore ma che guarda con sospetto la sostituzione con locomotive diesel.
Ma nulla ha fermato la scelta di fermare questa linea ferroviaria dettata dagli interessi economici.