Le prolongement de la ligne jusqu'au Puy en Velay fut entamé mais les travaux n'ont jamais été achevés.
Le trafic voyageurs utilisait dans les années 30 des 230 A pour les trains de voyageurs, des 040 A et B sur les trains de marchandises et de travaux et des 030 TB pour les manoeuvres.
A l'instar de la ligne Alès - Le Teil, la ligne vers Lalevade d'Ardèche a, à partir des années 50, été fréquentée principalement par des autorails "150 chevaux". Les rames tractées, composées en général de voitures reconstruites ex PLM à trois essieux, ainsi que les trains de marchandises, étaient remorqués par des BB 63500, 66000 ou 66600.
L'origine du kilométrage est Paris Gare de Lyon, via Dijon, Lyon et Le Teil.