La idea inicial, para unir los dos puertos del Cantábrico y del Mediterráneo, era construir un ferrocarril entre Santander y Calatayud. Desde esta última ciudad, el proyecto se apoyaba en la línea ya existente Calatayud-Sagunto, explotada desde 1902 por una compañía distinta.
En el extremo de Santander, la línea pretendía llegar hasta Ontaneda y, desde allí, utilizar el tren ya en servicio hasta Astillero y hacia el puerto.
El 20 de noviembre de 1930 se inauguró el último tramo construido, 45 km de Trespaderne a Cidad-Dosante (Burgos). Tras esto, las complicaciones económicas, la guerra civil y la posguerra dificultaron el remate de los trabajos. En 1941 el ferrocarril fue nacionalizado y, a continuación, se trabajó durante 17 años en la perforación y terminación del túnel de La Engaña de 6 976 m de longitud. Después de múltiples vicisitudes, la obra se paralizó en 1959 cuando faltaban 35 km en tierras santanderinas para completarla.