Dalmose-Skælskør banen blev åbnet for drift 15. maj 1892 samtidig med Slagelse-Næstved banen, som den havde forbindelse med i Dalmose. Persontrafik ophørte 7. oktober 1950, men der var godstrafik på strækningen til 1975, hvorefter banen henlå til sporadisk veterantogskørsel og lejlighedsvise filmoptagelser (f.eks. "Slægten" fra 1978).
Sporet blev pillet op i 2011
Normalt sikredes toggangen på strækningen ved at der altid kun var et tog mellem Skælskør og Dalmose, men i 1910 afprøvede Statsbanerne det engelske togstavsystem. hvor lokomotivføreren for at befare et banestykke, skulle være i besiddelse af en togstav (token, stafet) til det pågældende banestykke. Kun en togstav ad gangen kunne udleveres for et givet banestykke (Dalmose-Sønder Bjerge hhv. Sønder Bjerge-Skælskør). Forsøget blev opgivet efter et år, da det ikke gav megen mening at anvende togstav, med kun et tog ad gangen mellem Dalmose og Skælskør.