Rajk László belügyminiszter 1946. június 4-én keltezett rendeletével betiltotta az összes ifjúsági szervezet működését. Hamarosan megalakult a politikai alapon szervezett Úttörőszövetség. Külföldi ötlet alapján Magyarországon is létrehozták a Úttörő Köztársaságot a csillebérci fák alatt, ami fokozatosan épült és szépült.
Szovjet példa nyomán hamarosan felvetődött egy kisvasút megépítésének a gondolata. Helyét illetően az első választás a Duna két ágától körülölelt szépséges Margit-sziget volt. A sziget jó megközelíthetősége, sík terepe és népszerűsége egyaránt a terv mellett szólt. Szóba került a gödöllői kastély és a Népliget is. 1948 márciusában azonban új elgondolás született. Egy a Szovjetunióban és Jugoszláviában járt delegáció javaslata alapján a kisvasútnak a gyerekek szórakoztatása mellett azt is feladatául szabták, hogy megkönnyítse a budai hegyek megközelíthetőségét. Egyértelmű volt, hogy az egyik végállomását a fogaskerekű vasút Széchenyi hegyi végállomása közelében kell fölépíteni, a vonalat a csillebérci tábor közelében kell vezetni egészen Zugligetig. Végül a nagy szintkülönbségek miatt inkább Hűvösvölgyet javasolták végállomásnak.
A vasutat 1848 centenáriumára kívánták üzembe helyezni, de mivel előre látható volt, hogy az építés igen nagy földmunkával fog járni, szakaszos üzembe helyezés mellett döntöttek. 1948. április 11-én a Rege út és a Hegyhát út találkozásánál, a hegy tetején ejtették meg az első kapavágást.
A munka rohamtempóban kezdődött. Nyolcszáz ember egymillió munkaórát dolgozott. Önkéntesek egész serege segítette az építők munkáját. A vonal Csillebércnél elérte az erdőt. Itt történt az az eset, amikor a vonalat kitűző munkások két öreg tölgy miatt változtattak a nyomvonalon, nehogy ki kelljen vágni őket. Az építéssel egy időben megkezdődött az úttörővasutas pajtások kiképzése is a MÁV oktatási központokban. Itt a 10-14 éves pajtások elsajátíthatták a vasút bonyolult szabályait. Napi két óra elméleti képzés után gyakorlati oktatás következett, így 4-6 hét alatt kiképezték az első csapatot. Ezután 1-2 nap próbaszolgálat következett, majd elérkezett a várva-várt nagy nap. Mai szemmel hihetetlennek tűnik, hogy 66 nappal az építkezés megkezdése után, 1948. július 31-én Gerő Ernő közlekedési miniszter megnyitó beszéde után a vendégek elfoglalták helyüket a vonatban. A kocsiban együtt utazott Kádár János, Rajk László és Rákosi Mátyás. Mindenki „Peti gyereke”, Strém Péter pajtás jelzésére végre elindult az első kisvonat. Csillebérc állomáson több ezer magyar és külföldi úttörő fogadta a vonatot. Idézet a Népszava augusztus 1-jei számából: „A vasút végállomásának a neve: Előre. Nem véletlen, hogy éppen erre kereszteltük. Tovább visszük kis vonatunkat egészen Budakesziig, és onnan a Hűvösvölgyig! Előre!”
A megnyitóra Nagy Géza újpesti karosszériagyárában készült el az egyedi gyártású Camot 001 psz-ú motorkocsi és két mellékkocsi vörös-ezüst színben. A járművet a hazai kisvasutakra kifejlesztett gyorssínautóbusz építési elvek szerint készítették, ezért 80 km/h engedélyezték. /1962 után a dunaújvárosi Úttörővasúton közlekedett, majd mintegy 10 éves tárolás után elbontották, mert sem a Közlekedési Múzeum, sem pedig a MÁV nem tartott rá igényt. A jármű elejéről megmentett Úttörőjelvény ma a Gyermekvasút múzeumában tekinthető meg./ A Lillafüredi ÁEV-ről megérkezett az 1929-ben a Ganz által gyártott motorkocsi mellékkocsikkal, amely itt Camot 2 pályaszámmal állt forgalomba. A megnyitón kék színű szerelvény 1951 júniusáig volt forgalomban, majd Lillafüredre került. .(A Camot 1 psz-ú párja 1949 júniusában érkezett és 1963-ig közlekedett a fővárosban, majd Miskolcra visszakerülve az 1981-es selejtezéséig közlekedett.) A harmadik szerelvény pedig a békéscsabai kisvasútról érkezett: Az 1907-ben gyártott háromtengelyes M295, 5002 psz-ú zöld színű diesel-villamos mozdonyból és a Cx501,502 psz-ú kéttengelyes nyitott kocsikból állt. (Érdekességként megemlíthető, hogy nem volt alaptalan ennyi járművel számolni, hiszen a megnyitás napjától augusztus 9-én üzemzárásig, tehát 10 nap alatt 510 vonat közlekedett. Ezzel 45 931 utast szállítottak és a bevétel 40 311 forint volt. Ennyi személyvonat nem közlekedett 10 nap alatt semelyik kisvasúton, se azelőtt, se azóta.)
A vonal továbbfolytatására nem kellett sokat várni, ugyanis a következő évben, 1949. június 24-től 2 állomással és 3,6 kilométerrel lett hosszabb az úttörővasút. Ez a vonalszakasz már hegyvidéki terepen haladt, így az ívsugarak kisebbek és a lejtviszonyok nagyobbak lettek, ezért és az első szakasz közel egyéves üzeme után tapasztalható durva sínkopások miatt a sebességet 35 km/h-ról 20 km/h-ra korlátozták. A megnyitó ünnepségen már az állomáson álltak az új motorkocsik, de még nem voltak működőképesek. Ezért az ünnepség után visszavitték őket a Ganz-Mávagba. Az új szerelvények a korábban Bulgáriába szállított szerelvények tervei alapján, de az Úttörővasút igényeinek megfelelően készült. A középajtós Camot 285,502 és 503 psz-ú motorkocsikba 177kw. teljesítményű dieselmotor került. (1951-ben az előzőekkel szinte teljesen azonos, de a Dunakeszi Vagongyárban készült Bamot 801 psz-ú motorkocsi érkezett. Ma is közlekednek a Ganz szerelvényekkel érkezett téli személykocsik.) Három darab 490-es mozdony érkezett még ebben az évben a vasúthoz, amelyeket érkezésük előtt olajtüzelésűre alakítottak át. (039, 044, 049)
A vasútépítési munkálatok gyors ütemben folytatódtak. A pályaépítőket már készen várta a 198 méter hosszú hárshegyi fordulóalagút. A hegy kifúrása során 13 000 köbméter földet és sziklát termeltek ki, 3600 köbméter betont használtak föl. Még egy jelentős műtárgy épült a vonalon, ez pedig a Nagykovácsi út fölött átívelő 20 méter hosszú viadukt. Így már semmi sem állt útjában annak, hogy az alkotmány 1 éves ünnepén, 1950. augusztus 20-án megnyílhasson a harmadik szakasz. Az új vonalhoz új fűtőház és vontatási központ is tartozott. A vonal teljes hossza elérte a 11,2 km-t, a fűtőházi vágányokat is beleszámolva a 11,7 km-t. Az eredeti terveken feltüntetett rakodórámpa és csatlakozás a villamos vasúthoz nem épült meg mind a mai napig sem.
A Ganz motorvonatok beüzemelése után a gőzösöket kivonták a forgalomból, és több kölcsön jármű visszakerült a honos kisvasutakhoz.
Különböző MÁV kisvasutakról 1961-től pár évig Mk48-as sorozatú dieselmozdonyok közlekedtek. Az Mk48,2005 Sárospatakról, 2015 Nyíregyházáról, 2036 Szobról, 2038 Kecskemétről került rövid időre az Úttörővasútra. Zöld színűk miatt a gyerekek Spenótra keresztelték a mozdonyokat. Nagyobb vontatási teljesítményre volt szükség, így 1962-től Mk49-es típusú mozdonyok közlekedtek, és egy évre rá 12 db személykocsi érkezett. (A motorkocsikat leselejtezték és elbontották, ma csak forgóvázuk, mint a Hűvösvölgyi vonatatási telep vendég-forgóváza tekinthető meg.)
1971-ben egy elmebeteg éjjeliőr felgyújtotta a fűtőházat, melynek következtében két mozdony teljesen elégett. Pótlásukra Sárospatakról 2 db érkezett ebből a típusból. A hegyi pálya nagyon megviselte a mozdonyokat, így a viszonylag fiatal gépeket 1973-ban Mk45-ös típusra cserélték. Ebből a mozdonyból 10 db készült a MÁV számára Romániában. Mk45-2001-2006 került a gyermekvasútra, 4 db a bodrogközi vasútra. Ez utóbbiak a bodrogközi vasút megszüntetése miatt előbb Nyíregyházára kerültek, onnan pedig 1994-ben a Hűvösvölgybe. A mozdonyok itt már nem közlekedtek, hanem megkezdődött selejtezésük és elbontásuk. Az Mk45-2010-es homlokeleme a Gyermekvasutas Otthon falára került. 1990-ben 4 db debreceni kocsiért cserébe ismét a gyermekvasúthoz került a lillafüredi motorvonat.
A vasút üzemében is változások következtek be. Megszűnt a Kishárs-hegy megállóhely, mert túl meredek pályaszakaszon volt, így nehezen indultak a vonatok. A Konkoly Thege Miklós úti átjárót 1979-től csapórudas helyett fénysorompó védi. Az 1973-as év a 25 éves évforduló jegyében igen nagy változásokat hozott: ekkor állították ki a mozdonyokat a végállomásokon, rendbe hozták az épületeket, Szépjuhászné állomásra Domino D55 biztosító-berendezést telepítettek, és megtörtént a fentebb említett mozdonycsere is.
A pálya átépítésére 1989-ig kellett várni, amikor az egész vonal vágányzatát kis „i” rendszerűről a nagyvasútnál használatos 48 kg/fm-esre cserélték. Pályafenntartási célra ekkor érkezett a C50 3703 és 3788 psz-ú mozdonyok és 4 Uba csille Szobról és két Ubn csille a Keleti Pft.-től. Üzemi célú kocsik között meg kell említeni még két pőre és egy zárt teherkocsit is A váltók cseréjére 3 évvel később került sor, és ekkor pótolták az ágyazat hiányosságait is. 1995 áprilisában pedig a gyermekvasút kollektívája a pályafenntartásiak irányításával átépítette a felújításból kimaradt jánoshegyi II. vágányt is. 1995-ben a Jászkiséren gyártott Kv-01 pályaszámú aláverőgéppel beszabályozták az egész vonalat.
Az 1990-es évben a vasút nevét és néhány állomás nevét megváltoztatták. Erre azért volt szükség, mert az Úttörő szövetség kivonult az üzemeltetésből, egyedüli működtető minden szempontból a MÁV maradt. A megváltozott társadalmi és politikai körülmények között szükségessé vált a gyermekvasutasok új helyzetének rendezése. Ennek a folyamatnak az első lépéseként 1995-ben, a gazdasági feltételek biztosítása érdekében létrehozták a Gyermekvasutasokért Alapítványt.
Az 1998-as évfordulóra való tekintettel a vonalat ismét beszabályozták, és több felújítást is végeztek, többek között a fontosabb szigeteléseket a hidakon. A biztosító berendezések és az egyéb elektromos rendszerek vezetékeket kicserélték, a mechanikus részeket felújították. Az utóbbi években nem kis anyagi ráfordítással, nagy erőfeszítéssel az összes személykocsit helyben felújították, a mozdonyokat újrafényezték. A szombathelyi Járműjavító két kerékpárszállító és egy szalonkocsit alakított ki forgalmon kívüli Bax sorozatú személykocsikból. Az exkluzív berendezésű kocsi önálló Webasto fűtési rendszerrel rendelkezik. A MÁV Északi Járműjavító Kft. pedig társadalmi munkában felújította a Lillafüredi szerelvény postakocsiját. Az ünnepségre az Mk45-2001-es pályaszámú dieselmozdonyt eredeti, az úttörő korszakban használt színterv szerint fényezték újjá. Az ötven éves évfordulóra kisvasúti járműparádét rendeztek, amelyen a bugaci 490,053 psz-ú mozdony révén ismét gőzvontatással utazhattunk a budai hegyekben.
A megváltozott a körülmények között a Gyermekvasút sokat tesz utasforgalmának növelése érdekében. Egész évre kiterjedő programsorozatában gyalogtúráktól a Mikulás-vonatig sok minden megtalálható. A igények növekedése miatt az egyik kerékpárszállító kocsit szalonkocsivá alakították át, így a tanulmányi célokat szolgáló labor-kocsival együtt már három egybenyitható speciális kocsi várja a megrendeléseket.
Az 1999-es évre a Ganz motorkocsit új, az eredetihez hasonló kék színterv szerint fényezték át. Az utóbbi időszakban pedig egy magas oldalfalú és egy zárt kocsi érkezett Nyíregyházáról, amelyből a Dreher sörgyár támogatásával söröskocsit alakítottak ki. Kecskemétről pedig egy zárt 4 tengelyes segélykocsi érkezett tárolásra, állagmegóvásra. Szóba került egy könnyű motorvonat üzembe állítása is, de sajnos a terveknél nem jutott tovább az ügy.