Auch die Bevölkerung der Zellertalgemeinden verlangte in den sechziger Jahren des 19. Jahrhunderts einen Bahnanschluss. Insbesondere durch die private Pfälzische Nordbahn wurde dieses Vorhaben unterstützt. Von einer Verbindung der Alsenzbahn mit der Strecke Worms - Monsheim - Alzey versprach man sich ein großes wirtschaftliches Potential.
Auch die hessische Landesregierung stand diesem Bestreben positiv gegenüber und erteilte bereits im April 1868 die Konzession. Durch die zunächst ablehnende Haltung der bayrische Regierung - man befürchtete eine Verlagerung des Verkehrs von der Ludwigshafen - Bexbacher Bahn weg - verzögerte sich der Bau dann allerdings (Bemerkenswerterweise machte die pfälzische Presse die hessische Landesregierung und Bahnverwaltung für die Verzögerung verantwortlich).
 

Am 23. Oktober 1872 konnte die Strecke, deren Bau aufgrund der günstigen Geländeverhältnisse keine großen Schwierigkeiten bereitete, eröffnet werden. Bereits 1888 wurde aus militärstrategischen Gründen ein zweites Gleis verlegt (dieses wurde 1976 wieder abgebaut).
Im Jahr 1930 hat der Chronist Johannes Würth für den Bahnhof Wachenheim-Mölsheim folgendes festgehalten:
"Im abgelaufenen Jahr 1929 betrug die Anzahl der von der hiesigen Haltestelle beförderten Personen 42910. An sie wurden 29085 Fahrkarten zum Gesamtpreis von 26000 Mark ausgegeben. In Stückgut betrug der Versand 250 Tonnen, der Empfang 309 Tonnen. Dazu wurden monatlich 3-4 Tonnen Milch abgesandt. An Großvieh wurden eingeladen 310 Stück, ausgeladen 192 Stück. An Kleinvieh gingen ab 410 Stück und kamen an 100 Stück. Im Expreß-Verkehr gingen 13 Tonnen Gewicht ab und kamen insgesamt 17 Tonnen an. Der Trauben- und Weinversand hat stark abgenommen, weil beide Produkte in steigendem Maße mit Kraftwagen aus den Höfen abgeholt werden."
 

Ab Mai 1901 lief ein Schnellzug München - Worms - Kaiserslautern - Metz - Paris über die Zellertalbahn; eine durchgehende Zugverbindung von Pirmasens nach Frankfurt gab es noch in den siebziger Jahren.
Der letzte planmäßige Personenzug fuhr am 23. September 1983; der Güterverkehr ist mittlerweile auch eingestellt.
Vor einiger Zeit gab es noch eine Sonderfahrt auf der Teilstrecke Monsheim - Harxheim.
 
In den letzten Jahren bemühten sich der Landkreis Alzey - Worms, der Donnersbergkreis und der Zweckverband für den Schienenpersonennahverkehr Rheinland-Pfalz die Strecke wieder zu reaktivieren. Mit Erfolg:
Seit dem 27. Mai 2001 fahren an Sonn- und Feiertagen wieder Personenzüge durch das Zellertal.

Literaturhinweise
Decker, Karl	Marnheims Eisenbahn: In: Marnheim - Geschichte und Gegenwart, Marnheim 2004, S. 85-106
Gehrmann, Peter	Reaktivierung der Schienenstrecke Monsheim - Langmeil, Potential- und Wirtschaftlichkeitsuntersuchung, Darmstadt, 1996
Lenckel, Karl-Rainer	Zellertalbahn bereits über 120 Jahre alt, In: Nordpfälzer Geschichtsblätter, 3/1993