Die landschaftlich reizvolle Bahnstrecke hat ihren Ausgangspunkt im verwinkelten Rheinörtchen Brohl. Nach Verlassen des etwas über der Talsohle, am Hang des Dicktberges, gelegenen Kopfbahnhofes Brohl BE passiert sie zuerst die bahneigenen Werkstattanlagen, um dann mit einer scharfen Linkskurve in das Brohltal einzubiegen. Das Gleis führt nun in kurvenreicher Hanglage durch das hier noch enge und felsige Brohltal nach Westen. Hinter dem Haltepunkt Bad Tönisstein wechselt die Strecke auf dem gemauerten Tönissteiner Viadukt (120 Meter Länge) die Talseite, ehe der Tunnel mit einer Länge von 95 Metern durchfahren wird. Nach kurzer Zeit wird Burgbrohl, der größte Ort des Tals, mit seinem in Fachwerk und Bruchstein erbauten Bahnhofsgebäude erreicht.