Az ötletnek persze voltak ellenzői is, akik kételkedtek abban, hogy iskolások képesek lesznek felelősségteljesen ellátni a szolgálatot. Helyszínként szóba jött Gödöllő, a Margitsziget, a Népliget, végül - a nehéz terepviszonyok ellenére is - a látványosabb budai hegyek mellett döntöttek, ahol akkoriban épült a Csillebérci Úttörőtábor, amely más tömegközlekedési eszközzel nem volt elérhető.
A nyomvonalat többször módosították, északi végpontjának kezdetben Zugligetet képzelték, s egy szárnyvonalat is terveztek a mai Szépjuhászné és Budakeszi között. Végül a Széchenyi-hegy és Hűvösvölgy közti szakasz mellett döntöttek, a pálya így a fogaskerekű és az 56-os villamos végállomását köti össze. Fontos szempont volt az is, hogy a kisvasút közelítse meg a fontosabb kirándulóhelyeket, s az utasok előtt táruljon fel Budapest panorámája.
A vasút 236 méteres szintkülönbséget győz le, a pálya legmagasabb pontja 477 méter, a Kis-Hárshegy alatt alagutat és két hidat is építettek. Az állomásépületek tervezésével a MÁV legismertebb építészeit bízták meg, a vasúti kocsik egy része az Úttörővasút számára készült, további járműveket más kisvasutakról irányítottak át, a szerelvényeket kezdetben gőzmozdonyok húzták.
Az első kapavágást 1948. április 11-én tették a vasútépítő ifjúsági brigádok. Az első három kilométeres szakaszt 66 munkanap után, 1948. július 31-én (a csillebérci Úttörőváros felavatásával egy időben) adták át a Széchenyi-hegy és az Előre állomás (ma Virágvölgy) között. Az első piros kisvonat elindítására Gerő Ernő közlekedési miniszter adott engedélyt, az ünnepségre az egész országból érkeztek az úttörők. A Ságvári-ligetig további egy év alatt készült el a pálya, az Úttörővasút teljes vonalát 1950. augusztus 20-án adták át a forgalomnak. A 11,2 kilométeres pályán hét állomás és két táblás megállóhely található, a teljes menetidő 45 perc.
Az Úttörővasúton kezdettől évente hatszáz gyerek szolgált, ők látták el a forgalomirányítói, a pénztárosi, a kalauzi teendőket éppúgy, mint a postai feladatokat - később közülük sokan ezt választották hivatásul. A felnőttek, a mozdonyvezetőket kivéve, csak felügyeleti jogokkal rendelkeztek. A jó tanuló, példás magaviseletű felsőtagozatos diákok közül választották ki a szolgálattevőket, s nagy tisztességnek számított, ha valaki felölthette az úttörővasutasok mundérját.
A vasút fénykorát a hetvenes évekig élte, amikor évente egymillió utast szállított. Bár megszüntetése is felmerült, a leromlott pályát 1989-ben felújították, majd 1998-ban, az első szakasz átadásának ötvenedik évfordulóján újabb nagyarányú felújítást végeztek. 1990-ben Gyermekvasútra változtatták nevét, átkeresztelték az úttörőmozgalomra utaló megállókat és a gyermekvasutasok vörös nyakkendőjét kékre cserélték, de egyéb jelentős változásokra nem volt szükség. 1991-ben megindult a nosztalgiavonatok közlekedése, 1992-ben Gyermekvasutas Múzeumot nyitottak.
