Der bereits 1910 vom Eisenbahnministerium genehmigte Projektierungs-Antrag wurde mit Ausbruch des Ersten Weltkrieges zunächst eingefroren. Mit Kriegseintritt Italiens 1915 wurden diese alten Pläne jedoch wieder aufgegriffen. Zuerst standen unterschiedliche Projekte zur Auswahl (Zahnradbahn, Seilbahnen, Standseilbahnen), aber die Entscheidung fiel auf den Bau einer Adhäsionsbahn mit 760 mm Spurweite, deren späterer Umsprung auf Meterspur und deren Elektrifizierung bereits zu Beginn berücksichtigt wurde. Leopold Oerley wurde zum Bauleiter ernannt und die Vorkonzession ging auf die k.u.k. Heeresfeldbahn über.
Der erste Bauabschnitt begann im Februar 1916. Es wurde der Bahnhof Auer errichtet mit 1.500 m Länge und 100 m Breite. Es war somit der größte Schmalspurbahnhof der Donaumonarchie. Wegen des sumpfigen Baugrundes erfolgte die Fundierung auf 900 Pfählen.
Es wurden unter dem Kommando der 28. Eisenbahnkompanie 6.000 Arbeiter beschäftigt, davon waren 2.100 Militärpersonen und 3.600 Kriegsgefangene. Der erste Bauabschnitt war 45 KM lang und beinhaltete 6 Tunnel mit einer Gesamtlänge von 786 m, 8 Brücken mit einer Gesamtlänge von 168 und 7 Viadukten von insgesamt 307m Länge.
Der zweite Abschnitt wurde gebaut, sobald der erste Zug Castello erreichte. Durch Kriegseinwirkung wurde die Ausführung vereitelt, deshalb verlief die Bahntrasse dem Südhang des Tales und es mussten zusätzliche Viadukte errichtet werden.
Die ersten Materialzüge verkehrten erstmals im November 1917 bis Rio Sadole und der Eröffnungszug nach Predazzo Süd fuhr am 18. Januar 1918. Von da an bis 1927 wurde die Strecke hauptsächlich für Holztransporte genutzt. Die Ferrovie Stato Italiane (FS) übernahm am 1. Februar 1919 die Bahn und begann mit der Verlängerung nach Predazzo Centro.
Da in den zwanziger Jahren dann ein erhebliches Defizit der Fleimstalbahn war, kam es 1923 zur Privatisierung und Elektrifizierung. Es wurde eine Gesellschaft gegründet wo die Rittner-Bahn, die Überetscher Bahn und die Lokalbahn Dermulo-Mendel mit eingeschlossen waren.
Mit der Elektrifizierung wurde die Reisezeit der Strecke von 3 Stunden und 55 Minuten auf 2 Stunden und 15 Minuten reduziert. Die Bahn versah jahrzehntelang ihren Dienst, bis 1956 die Betriebsführung der Rittner Bahn übertragen wurde. Diese beschloss die Einstellung der Fleimstalbahn, die dann 1963 folgte.
Für den Südtiroler Tourismus ist diese alte Eisenbahnstrecke mit den ganzen Tunneln, Viadukten und Brücken eine sehr beliebte Fahrrad- und Wanderstrecke geworden.
Wandertipp: Rundwanderung von Montan zum Schloss Enn auf der alten Trasse der Fleimstalbahn
