Trotz der Anstrengungen des Traben-Trarbach / Bernkasteler Komitees, das sich für eine Linienführung der Hauptstrecke entlang der Moselstädte einsetzte, entschied das damalige Ministerium für Handel, Gewerbe und öffentliche Arbeit in Berlin anders: Die Projektierungsarbeiten, beginnend am 20. Februar 1872 sahen vor, die beabsichtigte Eisenbahnlinie Trier – Koblenz im Abschnitt zwischen Reil und Quint durch die südliche Eifel und nicht entlang der Mosel zu führen.
Traben-Trarbach und Bernkastel sollten folglich nicht an das Bahnnetz angeschlossen werden, da die geographischen Umstände eine viel zu kurvenreiche Streckenführung bedingt hätte. Als militär-strategische Strecke strebte man jedoch einen möglichst geradlinigen Verlauf an. Die Konzession für den Bau des Abschnittes (Karthaus -) Trier – Cochem wurde am 11. Juni 1873 erteilt.
Nach dem Feststehen dieses Entschlusses stellte das Ministerium noch im selben Jahr die Errichtung einer Nebenbahn nach Traben-Trarbach in Aussicht. Die 10,5 km lange Eisenbahnlinie sollte bei Pünderich von der Hauptbahn abzweigen und über Reil und Kövenig nach Traben-Trarbach führen. Es wurde jedoch längere Zeit nichts mehr von diesem Plan vernommen, da die Realisierung der Verbindung Koblenz – Trier beim Ministerium Vorrang genoss, während für andere Projekte keine Zeit blieb.
Nachdem Traben-Trarbach seine Bemühungen lange Zeit fortgesetzt hatte, begann das Ministerium am 18. April 1878 schließlich mit den Projektierungsarbeiten. Es stand zur Debatte, ob man die Eisenbahnlinie mittels zwei Brücken über die Mosel weiter Flussaufwärts führen soll, was aufgrund der hohen Kosten nicht weiter verfolgt wurde.
Am 9. März 1880 wurde die Konzession zum Bau der Strecke erteilt. Die Bauarbeiten wurden durch die „Königliche Eisenbahn-Direction Frankfurt (Main)“ durchgeführt, ab April 1881 durch die „Königliche Eisenbahn-Direction Cöln“ (linksrheinisch). Die Nebenbahn wurde letztlich am 21. März 1883 in Betrieb genommen, fünf Jahre nach der Hauptlinie Trier – Koblenz.