La ligne Champagnole - La Cluse est classée d'intérêt général par la loi du 17 juillet 1879 mais il faut attendre 1886 pour que la section Morez - Saint-Claude (en fait Tancua - Saint-Claude à cette date) fasse l'objet d'une concession " éventuelle " à la compagnie du PLM (Paris - Lyon - Méditerranée). Cette concession devient définitive en 1901 et la déclaration d'utilité publique est prononcée le 11 janvier. Plusieurs tracés ont été envisagés en fonction de la desserte de Morez (longtemps indécise), par la rive droite de la Bienne ou par la rive gauche. Le projet final du PLM passe par la rive droite. Il est dû à l'ingénieur en chef Paul Séjourné (remplacé par Wiart à compter du 1er novembre 1909) et à l'ingénieur Roussel (auquel succèderont Peyre de 1903 à 1908, Penillet de 1908 à 1910 puis Muselli à partir de cette date). Il est approuvé le 4 juin 1903 et l'emplacement des stations fixé le 11 mars 1904. L'infrastructure est divisée en 5 lots, adjugés le 21 février 1908 à divers entrepreneurs : le 1er (dit de Morez, 3020 m, 1 928 861 F) à Alphonse Trunel ; le 2e (de Tancua, 3148 m, 1 137 115 F) à Eugène Ducellier ; le 3e (de La Rixouse, 9163 m, 1 212 961 F) à François Mercier ; les 4e (de Valfin, 4916 m, 2 075 331 F) et 5e (de Saint-Claude, 1140 m, 574 400 F) à Mercier et Lafont. Du fait de sa longueur, le tunnel de la Gouille aux Cerfs a fait l'objet d'un lot spécial, adjugé à Gianotti et Bastin le 8 septembre 1905 et achevé en 1911. La construction des bâtiments est confiée le 12 novembre 1909 à Auguste Moity, entrepreneur à Volvic (Puy-de-Dôme). De même, en 1911, la Société des Hauts Fourneaux, Fonderies et Forges de Franche-Comté se voit attribuer la réalisation des garde-corps des ouvrages en maçonnerie (8 avril), l'horticulteur Dechelle (d'Allègre, en Haute-Loire) les semis et plantations (1911), MM Estiat et Devaux la fourniture et la pose des barrières (4 août) et M Gapiand la fourniture des clôtures et portillons. Le 5 mars 1912, tous les tunnels sont terminés (sauf celui des Essards) de même que les viaducs, notamment celui de Morez dû à Séjourné, qui dirige le service de la Construction du PLM à partir du 1er novembre 1909 ; la voie est posée sur 17, 4 km et les bâtiments sont en cours. Les gares de Saint-Claude et Morez sont agrandies (suivant l'autorisation du 17 décembre 1908 pour la première, du 2 février 1910 pour la seconde). Demandée dès 1901, la création d'une halte de voyageurs au Pont du Saillard est accordée par la décision ministérielle du 13 mars 1912. Ouverte à l'exploitation le 10 août 1912, la section est officiellement inaugurée le 13 octobre 1912 par le ministre des Travaux publics Jean Dupuy. En 1934, le PLM émet le voeu, pour cette section de ligne à faible trafic, de remplacer 3 des 4 trains de voyageurs circulant dans chaque sens par 4 navettes d'autobus, de 30 places, de la Société auxiliaire de Transports du réseau PLM (TPLM). Cette demande ne semble pas avoir eu de suite. Dans la 2e moitié du 20e siècle, les modernisations et les changements des conditions d'exploitation conduisent à la désaffectation d'un certain nombre de passages à niveau (9 sont supprimés), de maisons de garde-barrière (6 sont détruites entre 1964 et 1996), de la halte du Pont du Saillard (détruite en février 1996) et de l'ensemble des stations et gares, qui sont soit vendues (La Rixouse et Lézat) soit démolies (Tancua et Valfin-lès-Saint-Claude en juillet 1986). Actuellement, les trains sont sans arrêt entre Morez et Saint-Claude. Le viaduc de Morez a été inscrit sur l'inventaire supplémentaire des Monuments historiques le 28 décembre 1984.