La loi du (Plan Freycinet) portant classement de 181 lignes de chemin de fer dans le réseau des chemins de fer d’intérêt général retient en no 90, une ligne de « Loudun à Châtellerault[1] ». Une loi du déclare la ligne d'utilité publique[2].
Le service voyageur est arrêté le . Il reprend partiellement durant la Seconde Guerre mondiale mais est limité à la gare de Châtellerault-Châteauneuf (le pont sur la Vienne ayant été détruit) pour ensuite être définitivement arrêté au service d'été 1946[3]. Le pont sur la Vienne est reconstruit en 1955 ce qui permet la reprise d'une exploitation marchandise sur toute la ligne.
La section entre Lencloître et Châtellerault-Châteauneuf est fermée le . La section Lencloître - Le Bouchet est fermée le [3]. Sur la section restante Loudun-Le Bouchet, un trafic marchandises a subsisté jusqu'en 2010 avant son interruption à cause du mauvais état de l'infrastructure. Depuis cette section a le statut de ligne non exploitée et n'est plus entretenue.
↑« N° 8168 — Loi qui classe 181 lignes de Chemins de fer dans le réseau des Chemins de fer d’intérêt général : 17 juillet 1879 », Bulletin des lois de la République Française, xII, vol. 19, no 456, , p. 6 - 12 (lire en ligne).
↑« N° 8950 — Loi qui déclare d'utilité publique l'établissement d'un chemin de fer de Loudun à Châtellerault : 21 février 1880 », Bulletin des lois de la République Française, xII, vol. 20, no 501, , p. 74 - 75 (lire en ligne).