Kurz nach Gründung der Gesellschaft begannen im Folgejahr die Bauarbeiten, mit denen der Bauunternehmer Johann Weber beauftragt worden war. Weber, seit 1890 in Neu St. Jürgen ansässig, hatte bereits in Schlesien und Westpreußen Erfahrungen im Bau von Bahnstrecken gesammelt. Die Arbeiten gingen daher zügig vonstatten: Die Teilstrecke Bremervörde-Gnarrenburg eröffnete die Kleinbahn bereits am 23. Juni 1909. Am Eröffnungstag gab es einen Sonderzug für Honoratioren, eine Feier fand im Schützenhof in Gnarrenburg statt. Am selben Tag wurde der fahrplanmäßige Personenverkehr auf diesem Abschnitt aufgenommen.
Das zweite Teilstück bis Osterholz bereitete den Streckenbauern um Baumeister Weber große Probleme: Die Bodenverhältnisse im Moor waren äußerst schlecht. Außerdem wurden die Bauarbeiten immer wieder durch Überschwemmungen unterbrochen. Doch auch diese Hindernisse konnten überwunden und die gesamte Strecke am 9. Februar 1911 in Betrieb genommen werden.
Die neue Bahnstrecke brachte schnell wirtschaftlichen Aufschwung in die bis dahin abgelegenen Dörfer. Güter, wie zum Beispiel Kunstdünger, gelangten erstmals in größerem Umfang in die Moorkolonien. Gleichzeitig konnten landwirtschaftliche Erzeugnisse leichter abgesetzt werden. Auch gelangten die Einwohner von nun an schneller und bequemer nach Bremen. Umgekehrt kamen die Städter jetzt einfacher aufs Land: Im Zeichen der Heimatbewegung waren Ausflüge in die ländlichen Gebiete mit vermeintlich unberührter Natur populär geworden und wurden entsprechend in Reiseführern und Prospekten beworben. „Mit der Kleinbahn Bremervörde-Osterholz nach Worpswede und dem Teufelsmoor“ lautete der Titel einer weit verbreiteten Broschüre jener Zeit, der zugleich verrät, welche Destinationen besonders gefragt waren.