Fatti:
A. A._ è stato assunto il 1° ottobre 2001 quale capotreno dalla B._SA, prima a X._ poi a Y._. A causa di problemi psichici è stato in malattia a diverse riprese. Il 12 dicembre 2006, durante un diverbio, ha dato uno schiaffo a un passeggero. Il medico dott. C._ ha certificato un'incapacità lavorativa totale di una settimana a partire dal 14 dicembre 2006. Alla ripresa del lavoro, il 22 dicembre 2006, il superiore D._ ha chiamato il dipendente nell'ufficio della stazione di Y._ e gli ha consegnato la lettera di disdetta del rapporto di lavoro per il 31 marzo 2007. Lo scritto, datato 21 dicembre 2006, menzionava due episodi di violenza che non potevano essere tollerati - le minacce espresse nei confronti di un collega di lavoro il 27 ottobre 2004 e lo schiaffo del 12 dicembre 2006 - e spiegava che si prescindeva da un licenziamento immediato perché nel caso più recente il dipendente era stato provocato; per il tempo residuo egli sarebbe però stato impiegato per lavori d'ufficio, non più nei servizi con la clientela. Letta la lettera A._ l'ha accartocciata e gettata in un angolo, per poi sferrare un pugno al superiore colpendolo sulla guancia sinistra. Lo stesso giorno il rapporto di lavoro è stato sciolto con effetto immediato dal datore di lavoro.
B. Il 16 agosto 2007 A._ ha promosso azione davanti al Presidente del Circolo di Y._, facendo valere pretese per licenziamento ingiustificato per un importo totale di fr. 52'696.70. Fallito il tentativo di conciliazione, la causa è stata portata dinanzi al Tribunale del Distretto di Bernina, che ha accolto l'azione con sentenza del 3 ottobre 2008.
La Camera civile del Tribunale cantonale dei Grigioni ha riformato il giudizio di primo grado con sentenza del 2 giugno 2009 - notificata per scritto l'8 luglio seguente - respingendo interamente l'azione di A._.
C. Prevalendosi della violazione degli art. 319 e segg. CO e dell'accertamento inesatto dei fatti ai sensi dell'art. 97 LTF, il 10 settembre 2009 A._ è insorto dinanzi al Tribunale federale con un ricorso in materia civile volto a ottenere l'annullamento della sentenza cantonale e l'accoglimento della petizione per l'importo totale di fr. 52'696.70 oltre interessi, oppure, in via subordinata, il rinvio della causa all'autorità cantonale per nuovo giudizio.
Tanto la B._SA quanto la Corte cantonale hanno proposto di respingere il gravame per quanto fosse ricevibile.

Diritto:
1. Il Tribunale federale si pronuncia d'ufficio e con pieno potere d'esame sulla propria competenza e sull'ammissibilità del rimedio esperito (art. 29 cpv. 1 LTF; <ref-ruling> consid. 1.1 pag. 3).
1.1 Proposto tempestivamente (art. 100 cpv. 1 LTF in relazione con l'art. 46 cpv. 1 lett. b LTF) dalla parte soccombente in sede cantonale (art. 76 cpv. 1 lett. a LTF) contro una decisione finale (art. 90 LTF) pronunciata dall'autorità grigionese di ultima istanza (art. 75 cpv. 1 LTF) in una causa civile in materia di diritto del lavoro il cui valore litigioso supera fr. 15'000.-- (art. 74 cpv. 1 lett. a LTF), il ricorso è ricevibile, perlomeno sotto questo profilo.
1.2 Il Tribunale federale esamina d'ufficio il diritto federale (art. 106 cpv. 1 LTF), tenuto però conto dell'obbligo minimo di allegazione e motivazione imposto dall'art. 42 cpv. 1 e 2 LTF (<ref-ruling> consid. 1.1 pag. 104). Le esigenze sono più rigorose quando è fatta valere la violazione di diritti fondamentali e di disposizioni di diritto cantonale e intercantonale. Il Tribunale federale esamina infatti queste censure solo se la parte ricorrente le ha debitamente sollevate e motivate, come prescritto dall'art. 106 cpv. 2 LTF (<ref-ruling> consid. 2.2).
1.3 In linea di principio il Tribunale federale fonda il suo ragionamento giuridico sull'accertamento dei fatti svolto dall'autorità inferiore (art. 105 cpv. 1 LTF); può scostarsene o completarlo solo se è stato effettuato in violazione del diritto ai sensi dell'art. 95 LTF o in modo manifestamente inesatto (art. 105 cpv. 2 LTF). L'accertamento dei fatti contenuto nella sentenza impugnata può essere censurato alle stesse condizioni; occorre inoltre che l'eliminazione dell'asserito vizio possa influire in maniera determinante sull'esito della causa (art. 97 cpv. 1 LTF). Spetta alla parte che si prevale di una fattispecie diversa da quella accertata in sede cantonale il dovere di esporre in maniera circostanziata il motivo che la induce a ritenere adempiute queste condizioni e di spiegare che il procedimento avrebbe avuto un esito diverso qualora i fatti fossero stati accertati in maniera conforme al diritto. Dato che la definizione di "manifestamente inesatto" corrisponde a quella di arbitrario (<ref-ruling> consid. 1.2.2 pag. 252) e configura dunque a sua volta la violazione di un diritto fondamentale (art. 9 Cost.; <ref-ruling> consid. 1.4.1 pag. 39), valgono le esigenze di motivazione poste dall'art. 106 cpv. 2 LTF. Qualora sia lamentata la violazione del divieto d'arbitrio nell'apprezzamento delle prove e nell'accertamento dei fatti (art. 9 Cost.) non ci si può pertanto limitare a criticare la decisione impugnata come in una procedura d'appello, nell'ambito della quale l'autorità di ricorso gode di cognizione libera, opponendo semplicemente la propria opinione a quella dell'autorità cantonale, si deve al contrario dimostrare, attraverso un'argomentazione chiara e dettagliata, che il giudizio impugnato è manifestamente insostenibile (<ref-ruling> consid. 2.2; <ref-ruling>). Una critica degli accertamenti di fatto eseguiti dall'autorità cantonale che non ossequia i requisiti appena esposti è inammissibile (<ref-ruling> consid. 1.3, 393 consid. 7.1, 462 consid. 2.4).
2. 2.1 Secondo gli accertamenti dei giudici grigionesi il ricorrente aveva dimostrato un'aggressività il 12 dicembre 2006 quando - dopo una "rilevante provocazione" - aveva dato uno schiaffo a un passeggero. Siccome il medico aveva in seguito certificato una settimana di incapacità totale dal 14 dicembre in poi, vale a dire fino al 21 dicembre 2006, l'opponente aveva atteso con ragione la ripresa del lavoro il 22 dicembre 2006 per fargli consegnare dal superiore D._ la lettera di disdetta ordinaria, prevedendo peraltro di occupare il dipendente durante il periodo residuo esclusivamente in ufficio, senza più contatti con i clienti.
2.2 La Corte cantonale ha considerato - contrariamente a quanto ritenuto dal Tribunale di primo grado - che l'opponente non doveva attendersi il comportamento aggressivo del ricorrente e che la forma della notificazione della disdetta non era inadeguata, perché la consegna personale permette di dare delle spiegazioni e tratta il dipendente con più rispetto. V'era inoltre una certa urgenza, visto che per terminare il rapporto di lavoro alla fine di marzo 2007, come aveva deciso l'opponente, occorreva che il dipendente ricevesse la disdetta entro la fine del mese di dicembre, e che si poteva temere ch'egli non ritirasse un invio postale.
2.3 Il Tribunale cantonale ha poi osservato che il ricorrente non ha sostenuto che il superiore lo avesse provocato. La consegna della disdetta è avvenuta nell'edificio della stazione, in un locale non aperto al pubblico, ad opera del superiore D._, il quale s'era seduto al tavolo da solo con il dipendente dandogli tranquillamente la lettera da leggere. È a questo punto che il ricorrente, dopo aver accartocciato e gettato lo scritto, aveva colpito il superiore con un pugno in faccia. L'atto di violenza - ha concluso il Tribunale cantonale - ha rotto il rapporto di fiducia dal profilo oggettivo, a prescindere cioè da eventuali giustificazioni in relazione con lo stato di salute del dipendente, e costituisce causa grave nel senso dell'art. 337 cpv. 2 CO.
3. Il ricorrente sostiene in primo luogo che la sentenza impugnata ha accertato i fatti in maniera arbitraria e si diffonde in una complicata distinzione tra "fatti esposti e considerati quantunque irrilevanti", "fatti a torto non considerati" e "fatti considerati in maniera arbitraria".
3.1 In sostanza fa valere l'inadeguatezza delle modalità di comunicazione della disdetta, a suo dire una questione delicata e privata, che di solito si effettua per posta all'indirizzo del domicilio del dipendente. I giudici grigionesi avrebbero omesso di tener conto ch'egli rientrava da un periodo di malattia a seguito di un'aggressione fisica di un passeggero, che la consegna della lettera era avvenuta ad opera del suo superiore diretto, non di un dirigente, e che l'opponente doveva in fin dei conti aspettarsi una reazione, dato che conosceva sia un evento analogo risalente al 2004 sia i suoi problemi di salute psichica e di relazione.
3.2 Laddove pretende che il Tribunale cantonale abbia dato importanza a circostanze irrilevanti, ne abbia dimenticate altre o abbia comunque valutato in modo arbitrario quelle considerate, il ricorrente non critica in realtà l'accertamento dei fatti ma sconfina nel loro apprezzamento giuridico, che pertiene al diritto; questi aspetti saranno quindi esaminati in seguito. E nella misura limitata in cui le censure sono effettivamente volte contro l'accertamento dei fatti, esse hanno carattere appellatorio, non rispondono ai requisiti di motivazione di cui all'art. 106 cpv. 2 LTF e non sono pertanto ammissibili. Sono quindi vincolanti gli accertamenti di fatto contenuti nella sentenza impugnata (cfr. supra consid. 2). Ciò vale in particolare per le modalità di consegna della disdetta, per la quale, secondo l'autorità cantonale, "è stato scelto un locale, non aperto al pubblico, dell'edificio della stazione, ed a questo scopo D._ s'è seduto ad un tavolo da solo con il dipendente". Contrariamente a quanto asserisce il ricorrente, l'autorità cantonale non ha pertanto escluso che il locale non fosse un ufficio, né che vi si trovassero altre persone.
4. In diritto il ricorrente si duole della violazione dell'art. 337 CO. A suo avviso non vi era una causa grave che giustificasse la risoluzione immediata del rapporto di lavoro; tanto meno senza un avvertimento preventivo. Il ricorrente invoca le circostanze particolari alle quali si è accennato sopra, le quali attesterebbero che l'aggressione era scusabile, essendosi egli sentito umiliato e provocato in una situazione di stress. Aggiunge che la sua "propensione alla violenza", dovuta peraltro alla malattia, era già stata posta a fondamento del licenziamento ordinario e non poteva giustificare anche la risoluzione immediata del contratto; disponendo la sua collocazione in un altro settore fino al termine del rapporto il datore di lavoro aveva d'altronde dimostrato che il suo comportamento violento non aveva rotto il rapporto di fiducia.
4.1 Giusta l'art. 337 cpv. 1 CO il datore di lavoro e il lavoratore possono in ogni tempo recedere immediatamente dal rapporto di lavoro per cause gravi. È considerata "causa grave", in particolare, ogni circostanza che non permetta per ragioni di buona fede di esigere da chi dà la disdetta la continuazione del contratto (art. 337 cpv. 2 CO). Secondo la prassi, soltanto una mancanza particolarmente grave del dipendente giustifica la disdetta con effetto immediato e senza avvertimento preventivo. Per mancanza del dipendente si intende, in generale, la violazione di un'obbligazione che deriva dal contratto di lavoro; ma anche altri eventi possono giustificare una risoluzione immediata. Un reato penale commesso ai danni del datore di lavoro o di un collega costituisce, di principio, motivo di licenziamento immediato; non dispensa tuttavia dall'esame della situazione particolare, poiché il provvedimento estremo potrebbe non giustificarsi in presenza di contravvenzioni quali le ingiurie o le vie di fatto (<ref-ruling> consid. 4.1 pag. 31; sentenza 4C.112/2002 dell'8 ottobre 2002, consid. 5, con i numerosi rinvii).
4.2 La violenza tra colleghi di lavoro richiede un approfondimento. In forza dell'art. 328 CO il datore di lavoro deve rispettare e proteggere la personalità dei suoi dipendenti. Questo obbligo gli impone di adottare i provvedimenti idonei per preservarli, sotto sua responsabilità, anche dalle aggressioni dei colleghi. Il dipendente che lede seriamente la personalità di un collega - per esempio commettendo un reato ai suoi danni - viola perciò in modo grave anche l'obbligo di diligenza e fedeltà nei confronti del suo datore di lavoro (art. 321a CO). La ratio del licenziamento immediato, in casi del genere, è pertanto da ricercare nella responsabilità del datore di lavoro secondo l'art. 328 CO. Egli rimane tuttavia colpito solo indirettamente dall'atto di violenza, per cui la valutazione della gravità non va riferita a lui bensì al dipendente che l'ha subita (<ref-ruling> consid. 4b/dd).
4.3 II giudice decide secondo il suo libero apprezzamento sull'esistenza di una causa grave (art. 337 cpv. 3 CO), applicando le regole del diritto e dell'equità (art. 4 CC). Dal canto suo il Tribunale federale esamina con riserbo l'esercizio del potere d'apprezzamento da parte dell'ultima istanza cantonale. Interviene quando la decisione si scosta senza motivo dai principi stabiliti da dottrina e giurisprudenza in materia di libero apprezzamento o si fonda su fatti che nel caso particolare non avevano importanza alcuna oppure, al contrario, quando non ha tenuto conto di elementi che avrebbero dovuto essere presi in considerazione. Non solo: il Tribunale federale sanziona le decisioni rese in virtù di un tale potere d'apprezzamento unicamente quando esse sfociano in un risultato manifestamente ingiusto o in un'iniquità scioccante (<ref-ruling> consid. 3.5, 128 III 390 consid. 4.5 pag. 399, entrambi con rinvii).
4.4 È pacifico che il ricorrente ha sferrato un pugno sulla guancia sinistra del suo superiore. Tale comportamento, che costituisce almeno una via di fatto nel senso dell'art. 126 CP, ha avuto quale vittima il collega che stava svolgendo il suo ruolo di superiore in modo corretto, senza prevaricazioni. L'autorità cantonale ha infatti accertato che il colloquio si stava svolgendo "tranquillamente" al tavolo e che nemmeno il ricorrente ha "preteso che il superiore nell'ambito della consegna della lettera di disdetta si sia comportato provocatoriamente o in altro modo inopportuno". In un contesto simile l'aggressione, improvvisa, è stata particolarmente grave: non è scioccante considerare ch'essa abbia compromesso la relazione di fiducia con il datore di lavoro e che giustificasse di conseguenza la disdetta con effetto immediato.
4.5 Contrariamente a quanto afferma il ricorrente, nemmeno le modalità concrete adottate per comunicare la disdetta erano "provocatorie". I giudici grigionesi non hanno abusato del loro potere di apprezzamento osservando che la consegna personale era più rispettosa del destinatario, perché permetteva di dargli maggiori spiegazioni. Tale ipotesi non era in effetti da escludere, giacché l'opponente aveva l'intenzione di modificare i compiti del ricorrente, occupandolo in ufficio, senza più contatti con i clienti. Poco importa se la consegna a mano fosse stata scelta anche per assicurarsi di una ricezione tempestiva, circostanza che il ricorrente contesta.
4.6 Il 22 dicembre 2006 il ricorrente rientrava da una settimana di malattia certificata dal medico dopo che il 14 dicembre 2006 aveva schiaffeggiato un passeggero del treno. È indubbio che quel giorno egli dovesse aspettarsi che il datore di lavoro prendesse delle misure. La situazione nella quale si era venuto a trovare - fosse anche di stress - era quindi causata dal suo comportamento. Nulla muta se l'opponente fosse o no a conoscenza dei suoi problemi di salute e se D._ si attendesse una reazione: la gravità dell'aggressione contro il superiore e collega di lavoro che non portava colpe è palese. Il contesto è assai diverso da quello esaminato dal Tribunale federale nella sentenza 4C.400/2005 del 24 marzo 2006, citata nel ricorso: in quel caso era il datore di lavoro ad avere creato una situazione di scontro, tentando di forzare il dipendente a restituirgli la lettera di disdetta consegnatagli a mano poche ore prima.
4.7 Infine non giova al ricorrente obiettare che la sua "propensione alla violenza" era nota e aveva già indotto il datore di lavoro a licenziarlo in via ordinaria e ad affidargli un'attività di ripiego durante i tre mesi d'impiego residuo. L'aggressione del 22 dicembre 2006 si è manifestata come causa nuova rispetto ai due episodi menzionati nella lettera che D._ stava consegnando al ricorrente. Alla disdetta ordinaria si è perciò sovrapposta la situazione nuova, che da sola ha giustificato il licenziamento immediato. Che il datore di lavoro in passato avesse tollerato atti analoghi (o addirittura più gravi) non gli precludeva tale facoltà (cfr. <ref-ruling> consid. 4b/dd, pag. 356).
5. Ne segue che la sentenza impugnata non lede il diritto federale e che il ricorso, nella misura in cui è ammissibile, dev'essere respinto.
Essendo superato il valore-soglia stabilito dall'art. 343 CO, le spese giudiziarie e le ripetibili seguono la soccombenza secondo le regole ordinarie e sono poste a carico del ricorrente (art. 66 cpv. 1 e 68 cpv. 1 e 2 LTF).

Per questi motivi, il Tribunale federale pronuncia:
1. Il ricorso in materia civile, nella misura in cui è ammissibile, è respinto.
2. Le spese giudiziarie di fr. 2'000.-- sono poste a carico del ricorrente, il quale rifonderà all'opponente fr. 2'500.-- per ripetibili della sede federale.
3. Comunicazione alle parti e al Tribunale cantonale dei Grigioni, Camera civile.