Faute d'une assise financière suffisante, la compagnie du Lyon-Genève fusionna avec la compagnie Lyon-Méditerranée en 1855. L’incorporation de Lyon-Genève au Lyon-Méditerranée était avant tout une combinaison financière qui anticipait la fusion du Paris-Lyon et du Lyon-Méditerranée pour former la Compagnie des chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée. La fusion entre le Lyon-Genève et le Lyon-Méditerranée ne devant intervenir qu’en 1860, à la deuxième année d’exploitation de la ligne pour permettre d’en estimer la réelle valeur.
La ligne Lyon-Genève est concédée par décret du 30 avril 1853 à un groupe de financier conduit par François Bartholoni, et d’autres administrateurs du PO, du Nord et du Lyon-Mediterannée, représentant la haute banque calviniste à Paris et resté en relation avec Genève en particulier le général Dufour, « sous les ordres duquel Louis-Napoléon Bonaparte avait servi dans l'armée suisse », et le banquier Charles Kohler.
Fort d’un capital de 40 MF (80 000 actions de 500 F), la compagnie doit construire la ligne dans un délai de six ans. L’État apporte une subvention de 15 MF une garantie d’intérêt de 3 % sur 50 ans. La Suisse apporte une subvention de 2 MF.
Le conseil d'administration est composé de MM. Bartholoni, président, Hély d'Oisel, vice-président, Louis Ador (résident à Genève), Edward Blount (d'origine britannique, banquier à Paris), Comte de la Panouze, de Monicault, général Dufour (suisse), Oscar Galine, Girod de l'Ain, William Gladstone (britannique), Jayr, Charles Kohler (suisse), Abel Laurent et Rivet
Pour la construction de la ligne, la compagnie a fait appel à la maison Fox et Anderson pour la section de Lyon à Bourg et à Basile Parent, Pierre Schaken, Thomas Brassey et William Buddicom pour le percement du tunnel du Crédo près de Bellegarde.
Pour l’équipement de la ligne, la compagnie a contracté avec les usines de Fourchambault, du Creusot, de Terre-Noire, de L'Horme et de Vienne pour la fourniture de rails et de coussinets.
Pour le matériel, elle a commandé 12 locomotives aux ateliers de Mulhouse, 12 tenders aux ateliers d’Oullins ainsi que 32 voitures et 92 wagons aux ateliers Frosssard à Lyon.
Les premiers travaux ont été inaugurés le lundi 23 janvier 1854 à Satigny dans le canton de Genève. La ligne complète est inaugurée le 16 mars 1858 par une cérémonie à Bourg qui se poursuivra sur les bords du lac Léman. Le raccordement à Culoz avec la Cie du chemin de fer Victor-Emmanuel est achevé le 2 septembre de la même année.
L'ouverture des lignes fut effective aux dates suivantes :
La concession de la ligne de Lyon à Genève est attribuée, le 30 avril 1853, à la compagnie éponyme avec embranchement depuis la gare d'Ambérieu vers Bourg-en-Bresse et Mâcon. Les travaux ont débuté en 1854.
La compagnie fusionne le 19 décembre 1855 avec la Compagnie du chemin de fer de Lyon à la Méditerranée.
Cette nouvelle compagnie, fusionnée ultérieurement à la Compagnie du chemin de fer de Paris à Lyon, formera la Compagnie des chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée le 19 juillet 1857.