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La linea fu prevista dalla legge Baccarini[2].
Il 15 dicembre 2001 furono soppresse le fermate di Castellino sul Biferno, Piane di Larino e Ripalimosani[3].
Il 9 dicembre 2016 il servizio è stato sospeso e sostituito con autobus per consentire lavori di potenziamento infrastrutturale tra le stazioni di Campobasso e Matrice, con passaggio dalla tecnologia di supporto alla condotta SSC a SCMT, realizzazione della nuova fermata di Campobasso San Michele e adeguamento infrastrutturale agli standard correnti della stazione di Matrice.
Fino all'estate 2017 era elettrificata la tratta iniziale da Termoli a Guglionesi-Portocannone, al fine di inoltrare direttamente i treni merci con trazione elettrica, provenienti dalle numerose aziende della zona industriale di Termoli, verso la linea Adriatica[4]. Il cambio trazione avveniva infatti nell'ampio scalo merci, ora in stato di abbandono, della stazione di Guglionesi-Portocannone. Rimane tuttora traccia solamente della palificazione e di alcune mensole di sostegno della catenaria rimossa completamente fino a poco prima della stazione di Termoli[5].
La mattina dell'8 agosto 2020, al termine dei lavori che hanno interessato l'infrastruttura, partono dal deposito locomotive di Benevento via Foggia cinque ALn 663 destinate ad effettuare servizio sulla tratta[6].
Il 9 agosto 2020 la linea ferroviaria è stata riattivata con due coppie giornaliere di treni[7][8], mediante materiale ALn 663[6] e, nei giorni successivi, anche mediante Minuetto diesel[9][10].
Secondo il Piano Commerciale - Edizione speciale PNRR di R.F.I., è previsto l'ammodernamento tecnologico e l'elettrificazione da Termoli a Matrice. I lavori dovrebbero essere completati nel 2026, anche se attualmente la linea non è interessata da alcun cantiere. I predetti potenziamenti sono ricompresi anche nel Piano Commerciale 2022 - 2031 di R.F.I. presentato nel mese di maggio 2022.
