Juurdeveoraudtee ehitamine algas 1895. aasta märtsis. Suurt abi osutas Pärnu linn eesotsas linnapea Brackmanniga. Kuid korralageduse tõttu venis ehitus pikale. Riiast toodud soldatite abiga õnnestus tee 1896. aasta sügiseks siiski valmis saada.[1] Ehitustööde inspektoriks nimetati teedeinsener Karl Taube.
Pärnu–Mõisaküla–Valga liini ehitati ühekorraga nii Pärnu kui ka Valga poolt. Ehitust juhtisid insener K. Krzyżanowsky Pärnu–Mõisaküla liinil, insener Sievert Mõisaküla–Valga liinil ja insener Hackel Mõisaküla–Viljandi liinil.
Algselt loodeti raudtee avada sama aasta sügiseks, ent kuna Venemaal asuvad tehased ei suutnud tellimusi plaanipäraselt täita, avati raudtee alles järgmisel aastal.[2]
Esimene rong Pärnust Valka väljus 1896. aasta 5. oktoobril (vkj).[3] Raudtee roll oli ühendada Lääne-Eesti Pärnu laiarööpmelise Pihkva–Riia raudteega.
Algselt Valga raudteejaama juurde viinud raudtee lõppjaamaks kujunes pärast Valgast Pļaviņasesse viiva kitsarööpmelise raudtee valmimist rajatud Valga II raudteejaam, mille juurest algasid siis mõlemad kitsarööpmelised raudteed.
Raudtee algne pikkus oli 125 kilomeetrit, sellele lisandus aasta hiljem 45 kilomeetri pikkune harutee Viljandisse. Depood asusid Pärnus, Valgas ja Mõisakülas.
1898. aastal hakati pikendama kitsarööpmelist raudteed Viljandist Tallinna. Valmimisel kujunes see peamiseks teeks ja raudtee hakkas kandma nime Pärnu–Tallinna juurdeveoraudtee, sellal kui Mõisaküla ja Valga vaheline lõik kujunes haruteeks.[4]
1923. aasta 31. oktoobril riigistati Pärnu–Tallinna raudtee ning raudteeliini haldasid Riigiraudteede Valitsus ning Pärnu-Tallinna Raudteevalitsus, kellele kuulus ka Juurdeveoraudteede Seltsi teedevõrk. Juurdeveoraudteede Selts lakkas tegutsemast pärast raudteede natsionaliseerimist ning teed liideti järk-järgult riigiteede koosseisu. Läti piiridesse jääv osa jäi eraomandiks, kuigi reisirongide liiklust sellel haldas riiklik Läti raudtee.
1. septembril 1926 likvideeriti Pärnus kitsarööpmelise raudtee asjaajamine ja raudteevalitsus viidi üle Tallinna, raudteetaristu liitumine lõpetati ametlikult 1. jaanuariks 1927.
Sõjaeelse Eesti Vabariigi ajal läbis Pärnu–Valga reisirong alates Mõisakülast Läti territooriumit, mistõttu oli mitu korda päevakorral paralleelse ühenduse loomine Abjast läbi Tõrva Valka. Ehitust alustati 1939. aastal, kuid see jäi lõpetamata.
[5]
1937. aastal valmis Lätis Riiast Ruhja viiv laiarööpmeline raudtee. Teise maailmasõja ajal asusid sakslased seda mööda kitsarööpmelise raudtee trassi Valga suunas pikendama, ent Punaarmee edasitung seiskas tööd ja pärast sõda neid ei jätkatud. Kuna ümberehituse käigus olid Ruhja ja Valga vahel rööpad üles võetud, kujunes kitsarööpmelise raudtee uueks lõppjaamaks Ruhja raudteejaam. Nõukogude perioodil allutati kogu säilinud kitsarööpmeline raudtee Eesti raudteede võrgustikule.[6]
Kitsarööpmeline raudteeharu Mõisaküla ja Viljandi vahel suleti 3. juunil1973. Pärnu ja Ruhja vaheline osa teest ehitati 1977. aastal ümber laiarööpmeliseks ja kujunes osaks Tallinna–Pärnu–Riia raudteest.