Con una longitud de 19,250 Km, el ferrocarril contaba con una estación intermedia en Argamasilla de Alba, situada en el p.k. 13,271
El 15 de enero de 1914 se inaugura el primer tramo hasta el pueblo de Argamasilla de Alba, pasando años más tarde a denominarse Cinco Casas la estación de enlace y asignando a la estación de la nueva línea el topónimo de la localidad. El 10 de septiembre el ferrocarril llega a Tomelloso.
Las obras fueron realizadas por la Compañía MZA utilizando materiales y elementos de vía de la Compañía ya usados. Técnicamente el trazado no planteó ninguna dificultad al discurrir a través de una llanura. Hacia 1920 MZA abandona la explotación a causa de los negativos balances económicos, quedando en manos de la Compañía Cinco Casas a Tomelloso. La explotación por parte de esta compañía no mejoró los resultados económicos hasta que finalmente se integra en RENFE en el año 1941 con el resto de ferrocarriles de ancho ibérico. Con la integración se vivieron momentos de esplendor tanto en lo referente al transporte de mercancías, fundamentalmente vinos y alcoholes, como al de viajeros, al no existir medios de transporte alternativos.
Con fecha 1 de julio de 1998, los Ayuntamientos de Alcázar de San Juan, Argamasilla de Alba y Tomelloso suscribieron con la Unidad de Negocio de Patrimonio-Renfe un Convenio para la creación de una “Vía Verde”, aprovechando la totalidad de la traza de la línea.
Pese a que meses después Renfe procedió a desmantelar todas las instalaciones de vía, a excepción de los tres tramos metálicos sobre los ríos, los Ayuntamientos no han cumplido su compromiso, con lo que la Vía Verde, hasta la fecha, no se ha llevado a efecto.
En la actualidad se conserva en perfecto estado el edificio de la estación de Tomelloso, ya que después de ser rehabilitado, el Ayuntamiento ha ubicado en él Dependencias Municipales relacionadas con el empleo.
El edificio y los terrenos de la estación de Argamasilla de Alba, que tienen una superficie de 34.212 metros cuadrados, fueron expropiados de mutuo acuerdo por su Ayuntamiento el día 9 de octubre de 1997.