Den 1 april 1899 påbörjade man en banförlängning från Pålsboda till Örebro södra och bandelen öppnades för trafik 5 januari 1901. 1899 hade ett förslag om att förlänga järnvägen till Norrköping väckts och efter många turer invigdes denna bandel 3 juni 1906.
Efter öppnandet av bandelen till Norrköping ökade kraven på järnvägsföretaget och det var inte längre ett bolag som körde lokaltrafik mellan ett antal småorter, utan ett större trafikföretag. Detta betydde i praktiken att man anskaffade starkare lok och bättre vagnar samt höjde banstandarden och därmed också den största tillåtna hastigheten.
Med tiden kom även NÖJ att möta en allt hårdare konkurrens från landsvägstrafiken. Detta mötte man genom att 1930 bilda Trafikförvaltningen Östergötlands Smalspåriga Järnvägar (TÖJ). Detta företag hade bildats av Mellersta Östergötlands Järnväg och Norrköpings-Söderköping-Vikbolandets Järnväg. Samarbetet gällde främst administration och verkstadsresurser.
Den 27 maj 1962 upphörde all trafik på sträckan Örebro Södra-Hjortkvarn och persontrafiken mellan Hjortkvarn och Finspång och spåren revs upp. Sträckan Skärblacka-Finspång breddades till normalspår och trafiken inleddes den 22 juli 1962. Den 1 september samma år lade man ner persontrafiken mellan Norrköping Östra och Kimstad och Den 31 maj 1964 lades all trafik ned mellan Kimstad och Norsholm. Därefter levde godstrafiken kvar mellan Hjortkvarn och Finspång, men denna lades officiellt ned den 1 juli 1988. Den 1 januari 1970 lades den normalspåriga persontrafiken mellan Finspång och Kimstad ner. Kimstad-Norrköping Östra revs upp 1963 och Kimstad-Norsholm revs 1964. Hjortkvarn-Finspång revs gradvis 1988–1991. I dagsläget finns endast den normalspåriga sträckan Kimstad – Finspång kvar och här bedrivs endast godstrafik.
Bäck, Lennart; Erikssohn, Alf (2004). Smalspåret Örebro Södra - Pålsboda : med bibanan till Skebäck ([Ny utökad uppl. och med nytt kap. Bibanan till Skebäck]). Örebro: Almby-Norrbyås hembygdsförening. Libris9491518
Hultgren, Kurt (1984). ”Grytgöl-Ljusfallshammar”. Vägen från gruva och bruk: sju järnvägar för malm och järnmanufaktur : industribanor av Décauvilletyp / (1984): sid. 46-71.Libris8379456
Lindgren, Eric Malcolm (1924). Norra Östergötlands järnvägsaktiebolag : Pålsboda-Finspongs, Finspong-Norsholms, Örebro-Pålsboda, Kimstad-Norrköpings järnvägar 1874-1924. Norrköping: Östergötl. dagbl. Libris1486791
Norra Östergötlands järnvägar och Mellersta Östergötlands järnvägar under åren 1924-1944. Norrköping: [Järnvägsförvaltn]. 1944. Libris1402602
Rehnberg, Bertil (2008). Järnvägsminnen. 7, Ångloksminnen. TNF bok ; 71. Stockholm: Trafik-nostalgiska förlaget. Libris11284980. ISBN 978-91-85305-84-1