Banen ble umiddelbart en suksess og gikk med overskudd i mange år. Overskuddet ble brukt til å utbedre banen. I 1923 vedtok Stortinget at banen skulle forlenges fram til Vangsmjøsa, men denne forlengelsen ble aldri realisert. I 1935 ble det satt inn en bensindrevet motorvogn på strekningen, dette førte til at reisetiden Eina–Fagernes ble redusert til 2,5 timer. I 1937 gikk konsesjonen for drift av banen ut, og NSB overtok. På 80-tallet gikk imidlertid trafikken kraftig tilbake, en av årsakene til dette var en kraftig forbedring av busstilbudet mellom Valdres og Oslo. Persontrafikken på banen ble nedlagt 1. januar 1989.