En 1839, le CVRR acheta 3 locomotives pour 21 250 $, et 2 voitures de voyageurs pour 4 175 $; il mettait en service 2 trains de voyageurs et 1 train de marchandise entre Chambersburg et Harrisburg. La compagnie se vantait qu'aucun voyageur ne fut blessé en 2 ans et demi de service. En 1841, Frederick Watts, qui travailla dans le courrier durant 32 ans, fut élu troisième président du CVRR. Il rapporta que le revenu annuel s'élevait à 70 117 $ en 1842. En 1849, le revenu annuel atteignait 101 085 $, et le tonnage transporté représentait 37 439 tonnes, incluant 7 818 tonnes de farine, 5 126 tonnes de minerai de fer, 4 247 tonnes de charbon, 2 123 tonnes de grains, et 2 237 tonnes de bois. Cette même année, il fut programmé de reconstruire la voie avec des rails en fer. En 1850, Daniel Tyler fut désigné pour diriger la reconstruction de la ligne, et Alba Smith fut nommé directeur des ateliers. Puis de 1851 à 1856, Smith devint le directeur de la compagnie, participant à l'introduction de locomotive à 2 roues motrices plus légères. Ces machines incluaient la Pioneer et la Jenny Lind achetées en 1851, ainsi que la Boston et l'Enterprise achetées en 1853-54. Le Pennsylvania Railroad (PRR) commença à prendre des parts dans le CVRR en 1859.
Le Franklin Railroad fut enregistré en Pennsylvanie en mars 1832, et au Maryland le 16 janvier 1837. La ligne fut construite entre Chambersburg et Greencastle en 1837, et atteignit Hagerstown, Maryland en février 1841. Il possédait ses propres locomotives, mais elles furent vendues vers 1841, lorsque le CVRR commença à exploiter la ligne. La traction hippomobile fut utilisée à la place de la vapeur durant les années 1840 et 1850. La propriété et les droits d'exploitation changèrent de mains plusieurs fois. Ainsi en 1850, il prit le nom de Chambersburg and Hagerstown Railroad Company. Trois ans plus tard, la portion dans le Maryland devint le Chambersburg, Greencastle, Hagerstown Railroad. En 1860, les voies furent reconstruites avec des rails lourds, et l'exploitation fut assurée par le CVRR qui le fusionna en 1865.
Au cours de la guerre civile, le CVRR eut une importance stratégique en approvisionnant les troupes de l'Union dans la vallée de Shenandoah. Il fut souvent pris pour cible par le camps adverse. En octobre 1862, les forces des Confédérés détruisirent les installation de Chambersburg, et le 15 juin 1863, au cours de la campagne de Gettysburg, ils saccagèrent tous les biens de la compagnie à Chambersburg et arrachèrent 8 km de voie du Franklin Railroad. En juillet 1864, des commandos Confédérés revinrent à Chambersburg, et brûlèrent une bonne partie de la ville ainsi que son chemin de fer.
Au cours des années 1870, des embranchements supplémentaires furent ajoutés, comme le Mont Alto Railroad qui partait de la ligne principale, au sud de Shippenburg, pour relier les hauts fourneaux de la Mont Alto Iron Company; plus tard en 1879, cet embranchement fut prolongé jusqu'à Waynesboro au sud. En 1873, la ligne principale fut prolongée vers le fleuve Potomac au sud. Puis en 1889, elle atteignit Martinsburg, Virginie-Occidentale et Winchester, Virginie à l'entrée de la vallée de Shenandoah. En juin 1882, le Shenandoah Valley Railroad ouvrit sa ligne permettant de relier Hagerstown à Roanoke. Le CVRR, en partenariat avec le Norfolk and Western Railway, exploitait des trains de voyageurs sur la ligne New York-Harrisburg-Hagerstown-Roanoke. Sur certaines portions de ce parcours, les trains dépassaient les 145 km/h.