La Trouée de Belfort constitue un lieu de passage naturel entre le bassin versant du Rhin, donc l'Alsace, la Suisse et l'Allemagne du sud, et le bassin de la Saône et du Rhône, c’est-à-dire la Franche-Comté, la Bourgogne et le reste de la France.
En 1842, lorsque fut décidé la construction du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) national de chemin de fer (Le chemin de fer est un système de transport guidé servant au transport de personnes et...), se posa la question du tracé de la ligne Paris-Mulhouse au niveau de la Trouée de Belfort. Montbéliard et Belfort étaient candidates mais c'est Belfort qui fut choisie grâce à l'appui marqué de l'État-major qui considérait le camp retranché de Belfort comme essentiel dans la défense du passage entre Vosges et Jura.
En 1870 deux compagnies nationales se partageaient le monopole de l'exploitation des lignes desservant le Territoire (La notion de territoire a pris une importance croissante en géographie et notamment en...) de Belfort : La Compagnie des chemins de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...) de l'Est et le tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) nouveau PLM (Compagnie du chemin de fer Paris-Lyon-Méditerranée). La jonction (La Jonction est un quartier de la ville de Genève (Suisse), son nom familier est "la Jonquille") à Belfort des deux grandes lignes confirme l'importance de la ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour...) dans son rôle de nœud ferroviaire.
En plus de la ligne principale Paris-Mulhouse, la Compagnie établit un embranchement pour Giromagny et un autre pour Morvillars.
Les différentes sections sont mises en service progressivement :
La Compagnie de chemin de fer Paris-Lyon-Méditerranée exploite la ligne Dijon-Dole-Besançon-Belfort qui va faciliter les communications entre le sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) de la France et l'Alsace. Les dates d'ouvertures des trois sections du PLM sont les suivantes :
A la fin du XIXe siècle, le développement des industries locales dans les centres éloignés des principaux axes de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) (grandes routes, canal du Rhône (Le Rhône est un fleuve d'Europe. Long de 812 kilomètres, il prend sa source, dans le...) au Rhin (Le Rhin (Rhein en allemand, Rijn en néerlandais, Rhenus en latin, Rein en romanche) est un...), nouvelles voies de chemin de fer) était gêné par l'état du réseau des routes secondaires. Comme l'établissement de lignes à voie large (Dans le domaine du chemin de fer, la voie large se caractérise par un écartement des rails...) était trop coûteux, donc non rentable pour la desserte de localités peu importantes, c'est un tramway (Le tramway (ou tram) est une forme de transport en commun urbain ou interurbain circulant sur des...), donc une voie de chemin de fer métrique pouvant s'intégrer aux voies publiques (rues, routes...) qui fut choisie par les instances dirigeantes du Territoire de Belfort au début du XXe siècle. L'alimentation électrique (Le terme d'alimentation électrique désigne un ensemble de systèmes capables de fournir de...) des motrices était assurée par l'usine électrique de la Société des Houillères de Ronchamp et celle du Refrain située dans le département du Doubs, près de Charquemont. Le tracé est déterminé en fonction de la répartition des industries et de la population, ce qui explique que des localités comme Etueffont, Rougemont ou Lachapelle, où de petites industries étaient alors florissantes, aient été des terminus.
La décision est prise par le Conseil Général en 1906. La déclaration d'utilité publique du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) est publiée dans le JO du 16 novembre 1909. Les études puis les travaux démarrent et dès 1913 le tramway roule sur les voies du CFB (Compagnie des Chemins de Fer d'Intérêt Local du Territoire de Belfort, créée le 26 mars 1913).
Les trois lignes sont mises en service presque en même temps :
Le chemin de fer local est arrivé un peu tard dans le Territoire de Belfort et fut détrôné rapidement par l'automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...), mais sa contribution à l'effort de guerre entre 1914 et 1918 puis au resserrement des distances entre la Préfecture et les cantons entre les deux guerres a pleinement justifié sa construction.
La place forte de Belfort est défendue par une ceinture de forts occupés en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de paix. Pour desservir ces ouvrages l'autorité militaire décida dès 1880 la construction d'un chemin de fer stratégique à voie étroite (Les chemins de fer à voie étroite sont des voies ferrées dont l'écartement des rails est...) (0,60 m) dont une partie était permanente et une autre provisoire, les voies Decauville (La société Decauville, créée en 1875 a été un constructeur de...) se démontant facilement. Les wagons transportaient le matériel, le ravitaillement, les munitions et les hommes entre les différents dépôts et les ouvrages. Une locomotive à vapeur (Les premières locomotives (au XIXe siècle) étaient propulsées par une machine à vapeur,...) Péchot-Bourdon entraînait les quelques wagons.
Les principaux forts reliés au réseau étaient les ouvrages de Roppe, Bessoncourt, Chévremont, Vézelois, Meroux, le Bois d'Oye, le Salbert, les Barres et les deux forts des Perches et également le fort du Mont-Vaudois d'Héricourt.
La ligne à grande vitesse (Une ligne à grande vitesse, ou LGV, est une ligne ferroviaire construite spécialement pour...) Rhin-Rhône sera mise en service en 2011. La gare (Une gare est d'ordinaire un lieu d'arrêt des trains. Une gare comprend diverses installations qui...) de Meroux desservira l'agglomération (Une agglomération est un ensemble urbain qui repose sur la continuité du bâti....) Belfort-Montbéliard-Héricourt. Les travaux ont débuté en 2006 pour la ligne et débuteront en 2007 pour la gare. Un viaduc (Un viaduc est un ouvrage d'art routier ou ferroviaire qui franchit une vallée, une...) important permettra à la ligne de traverser la vallée (Une vallée est une dépression géographique généralement de forme...) de la Savoureuse à Andelnans.