Der Bau beginnt
Im Februar des Jahres 1860 wurden die Bauarbeiten an der 61,8 Kilometer langen Strecke aufgenommen. Große Schwierigkeiten bereitete der Bahnbau kaum, der Baugrund war unproblematisch, große Kunstbauten waren nicht nötig. Der Sand aus den Einschnitten in den Geestrücken bei Oldenbüttel Osterholz und Lübberstedt wurde zur Anlage des Bahndamms in den Niederungsgebieten verwendet. Bereits Ende 1861 war der Bau so weit fortgeschritten, dass die ersten Materialzüge rollen konnten. Die Strecke wurde von Beginn an zweigleisig trassiert, allerdings verlegte man zunächst nur ein Gleis. Der zweigleisige Ausbau erfolgte erst in den Jahren 1873 bis 1876. Die Bahnhöfe Loxstedt, Stubben, Oldenbüttel, Osterholz-Scharmbeck, Ritterhude, Burg-Lesum und Oslebshausen erhielten Bahnhofsgebäude, die überwiegend einfach gehalten waren. Lediglich Osterholz-Scharmbeck und Stubben erhielten architektonisch aufwändigere Bauten. Wie häufig bei Bahnstrecken, kamen auch hier teilweise Einheitspläne zum Einsatz. Der heute noch fast im Original vorhandene Oldenbüttler Bahnhofsbau ist dafür ein Beispiel, ein fast identisches Gebäude stand auch in Loxstedt.
Am Endpunkt der Strecke, am Ostufer des Handelshafens, entstand der prächtige Geestemünder Kopfbahnhof. Der vom Spätklassizismus beeinflusste Bau gliederte sich in einen Mitteltrakt mit Wartehalle und Abfertigungsräumen, und zwei etwas vorragenden Seitenflügeln. In einem der Seitenflügel fand ein Postamt platz, das am 1. April 1862 seinen Betrieb aufnahm. Die umfangreichen Gleisanlagen des Bahnhofs endeten am Ufer des Hauptkanals an Drehscheiben – eine damals gängige Methode, die auch an den Kaigleisen Verwendung fand, um schnell Richtungsänderungen auf engstem Raum zu ermöglichen. In Geestemünde wurde zudem ein Bahnbetriebswerk errichtet. Zum Abstellen und Warten der Lokomotiven existierte ein dreigleisiger Rechteckschuppen. Für den Güterumschlag waren großzügige Gleisanlagen angelegt worden, die direkt bis an die Kaianlagen reichten. So war ein schneller Umschlag der Waren gewährleistet.