Im Bahnhof Grenzau zweigte eine Stichbahn nach Höhr-Grenzhausen ab, die 1884 zeitgleich mit der Brexbachtalbahn eröffnet wurde. Bereits 1896 wurden Stimmen laut, die eine Weiterführung bis Hillscheid forderten. Der Bau des neuen Streckenabschnittes wurde am 1909 begonnen und 1911 in Betrieb genommen. Weitere Planungen für eine Verlängerung der Westerwaldquerbahn via Neuhäusel sowie Nieder- und Oberlahnstein zum Rhein inklusive einer Verbindung nach Hillscheid bzw. eine Verlängerung der Stichbahn bis Ems für den Holztransport wurden nicht umgesetzt. Bereits 1972 wurde der Personenverkehr eingestellt und der Abschnitt Grenzau – Hillscheid stillgelegt. Fallweise verkehrten noch Personensonderzüge auf der Strecke, ein letzter Güterzug nach Höhr-Grenzhausen verkehrte 1996. Zwischenzeitlich wurde die Strecke komplett abgebrochen und die Trasse zum Teil für den Bau von Straßen verwendet. Zwischen Höhr-Grenzhausen und Hillscheid wurde auf der Trasse ein Radweg errichtet.