La 23 octombrie 1899, împăratul Franz Joseph I al Austro-Ungariei a acordat companiei Bukowinaer Lokalbahnen concesiunea pentru prelungirea traseului de cale ferată de la Câmpulung Moldovenesc (anterior Kimpolung) în orașul balnear Vatra Dornei (anterior Dorna Watra). Termenul de construcție a fost estimat la un an și jumătate pentru tronsonul până la Valea Putnei (anterior Valeputna) și trei ani și jumătate până la Vatra Dornei. Această concesiune prevedea construirea unei ramificații de la Pojorâta (anterior Pożoritta) spre Fundu Moldovei (anterior Louisenthal), care trebuia să realizeze o legătură cu minele locale de acolo. Concesiunea trebuia să se aplice până la 4 iunie 1973. Ambele tronsoane au fost deschise traficului înainte de termen: tronsonul de la Câmpulung Moldovenesc la Valea Putnei la 9 ianuarie 1901 și cel de la Valea Putnei la Vatra Dornei la 29 octombrie 1902 (în acest ultim caz, trebuia să fie construit un tunel lung de 1647 m).

Odată cu linia ferată s-a construit și Gara Vatra Dornei, care a fost inaugurată în anul 1902. Pentru turiștii care soseau în stațiune, la băi, pe malul stâng al râului Dorna s-a construit în anul 1910 și Gara Vatra Dornei Băi, aceasta fiind mai aproape de stabilimentele balneare ale stațiunii.