Nach 2 Jahrzehnten Planungen erfolgte im März 1900 endlich der 1. Spatenstich. Die Bauarbeiten sollten drei Sommer lang andauern. Im Schweizerthal mußten teilweise täglich mehrere Male 30 und mehr Sprengschüsse ausgelöst werden um dem widerspenstigem Gestein Herr zu werden.
Der 125 Meter lange Tunnel bei Auerswalde wurde von der Firma C. A. Müller aus Chemnitz gebaut. Den zweiten, mit 222 Metern deutlich längeren Tunnel, errichtete die zu damaliger Zeit weithin bekannte Firma Seim & Riedel aus Freiberg. Allein für diesen Tunnel betrug die Bauzeit ein ganzes Jahr.
Auch bei den Brücken teilten sich mehrere Firmen die Arbeit: Die Eisenkonstruktionen der Brücken stammen von den Jacobiwerken aus Meißen, Brücken aus Mauerwerk dagegen von der Firma Liebold & Co aus Langebrück.
Insgesamt ca. 7000 m³ Sand aus den Sandlagern in Diethensdorf wurden für den Bau der Chemnitztalbahn verwendet.
An jeder Haltestelle entstanden neue Gebäude. In Wechselburg wurde sogar das 25 Jahre alte, erst 1876 zur Eröffnung der Muldentalbahn fertiggestellte, Bahnhofsgebäude abgetragen und ein komplett neues errichtet.

Ein großer Teil der einstigen Bahnanlagen existiert heute schon nicht mehr. So gab es auf allen Stationen (außer Chemnitz - Heinersdorf und Mohsdorf) mindestens 3 Gleise, eine Gleiswaage, Güterboden und Ladestraßen.