En décembre 1902, le Grand Trunk Western Railway et le Toledo, St. Louis and Western Railroad (appelé Clover Leaf) conclurent un accord pour acheter conjointement le Shore Line. Ils décidèrent de prolonger la ligne de Trenton vers le nord pour se raccorder au Wabash Railroad à River Rouge dans le sud de Détroit. La ligne du Shore Line fut modernisée pour être au standard de celle du Grand Trunk, car elle allait recevoir un surplus de trafic.
Quand la ligne fut achevée, le D&TSL n'avait pas de matériel excepté une petite locomotive qui avait été acheté à ses nouveaux propriétaires et une vieille locomotive tender qui avait servi antérieurement sur le métro aérien de New York City. Il y avait quelques matériels roulants constitués par des wagons de ballastage Rogers, mais ni cabooses ni wagons de marchandises. Une seule station avait été construite à Monroe, mais il y avait quelques baraques téléphoniques éparpillées le long de la voie.
Les fils d'alimentation électrique aériens furent retirés et vendus avec les voitures à moteurs électrique à la Monroe Traction Company et à la Toledo and Monroe Construction Company. La ligne fut ouverte au trafic marchandise en septembre 1903, grâce à la fourniture par les deux compagnies propriétaires de trois locomotives chacune. Le D&TSL utilisait le terminus du Clover Leaf à Toledo, et les installations du GTW à Détroit. Il n'y avait ni passages à niveau, ni dépôt, ni ateliers d'entretien. Pour atteindre le dépôt du Clover Leaf à Toledo, il devait emprunter 19 km de voie du Toledo Terminal suite à un accord sur les droits de passage. Au printemps 1904, il acheta à Baldwin six locomotives Moguls compound, ainsi que six cabooses. Des travaux de mise en conformité de la voie débutèrent immédiatement. En 1906, un dépôt appelé Lang Yard, fut construit au nord de Toledo, avec une rotonde, une plaque tournante et un atelier. Un peu plus tard, à l'autre bout de la ligne débuta la construction d'un second dépôt appelé Dearoad Yard au sud de River Rouge à Détroit.
Au cours des années, le Shore Line se développa de façon vigoureuse et prospère, ce qui lui permit d'acheter du matériel supplémentaire et d'effectuer de nombreuses améliorations. Il desservait de grosses industries situées dans le nord-ouest de l'Ohio et le sud-est du Michigan, grâce à sa ligne principale, longue de 75,6 km, reliant Toledo à Détroit. Ironiquement, pour une ligne qui devait être interurbaine, le D&TSL ne transporta jamais de voyageur mais uniquement du fret. En 1922, le Toledo, St. Louis and Western Railroad (Clover Leaf) fut racheté par le Nickel Plate des frères Van Sweringen. Il en résulta que 50% des parts du Shore Line passèrent sous la bannière du Nickel Plate Road. Grâce à une circulation sur le GTW inaugurée en 1921, et qui dura jusqu'au début des années 1940, le Shore Line desservait Durant et Flint. Il utilisa aussi le Tunnel Yard de Port Huron jusqu'en 1971. En 1964, suite au rachat du Nickel Plate par le Norfolk and Western Railway, la moitié des parts du Shore Line changea à nouveau de main. En 1981, le GTW racheta au N&W ses parts dans le Shore Line. La même année, le D&TSL fut dissout et fusionné dans le GTW.