Le 29 janvier 1913, sont déclarés d'utilité publique les travaux à effectuer pour l'agrandissement des installations de la petite vitesse[3]. Ces travaux ont semble-t-il démarré dès 1911, et seraient liés à la création de la filature de Cheniménil[4].
À l'occasion de la mise en œuvre des mesures de coordination des transports en 1938, le service routier réalisé par l'entreprise Pierre de Tendon est maintenu ; il assurait deux allers-retours quotidiens entre Tendon et la gare de Docelles-Cheniménil (3 les dimanches et fêtes)[5]. Les mercredis et samedis, un de ces allers-retours était prolongé jusqu'à Épinal via La Baffe[5].
Le , dans l’après-midi, trois Allemands sont venus, en side-car, à la gare de Docelles-Cheniménil. Ils ont dynamité l’aiguillage sur la voie principale ainsi que la grue dans la cour aux marchandises. Puis, ils ont saccagé le bureau, notamment le téléphone, le transmetteur Jousselin, la pendule, le casier à billets… Le lendemain, en fin de matinée, les Américains libéraient le village.
La gare était desservie par Fret SNCF jusqu'en 2011, à l'embranchement de la société TMF situé à proximité. Le fret comprenait essentiellement de la pâte à papier pour la papeterie de Docelles. Le trafic fut transféré, initialement par voie fluviale et routière.
Le , circule le dernier train de voyageurs ; à compter du lendemain, la desserte de la ligne par des trains TER, et donc de cette halte SNCF, est interrompue ; elle est remplacée par une substitution routière (autocars effectuant principalement la liaison TER Grand EstÉpinal – Saint-Dié-des-Vosges[6]). Les travaux réalisés entre 2019 et 2021 simplifient les installations de la gare, supprimant la deuxième voie à quai et les voies de débord inutilisées depuis la suspension du trafic marchandises. Les quais sont démolis. La réouverture de la ligne, le , ne s'accompagne donc pas de la remise en service de la halte, même si elle reste souhaitée par certains acteurs locaux.
1931 : Compagnie des Chemins de fer de l'Est / Assemblée générale ordinaire des actionnaires du 19 avril 1932 / Nombre de voyageurs et de tonnes de marchandises par station (pages 110 à 131) / Imprimerie Paul Dupont / Paris / 1932[7]
