Auf dem Abschnitt Dortmund - Lünen von Anfang an der Transport der in Gegend geförderten Steinkohle während in dem weiter nördlich gelegenen Münsterland zu diesem Verkehr auch der Transport landwirtschaftlichen Gütern sowie den Produkten der münsterländischen Textilindustrie kam.
Im Personenverkehr hatte die Strecke bis Eröffnung der direkten Verbindung zwischen Dortmund und Münster eine überregionale Bedeutung. Zu diesem Zweck nach dem erstem Weltkrieg eine Verbindungskurve zur Strecke der Köln-Mindener Eisenbahn bei Dülmen gebaut. Zuvor musste am Ost- Bahnhof Dülmen umgestiegen werden wobei ein Fußweg etwa 500 m weit entfernten Bahnhof der Eisenbahn notwendig war. Dieser Mißstand wurde erst dem Bau des Dülmener Turmbahnhofs nach dem zweiten Weltkrieg beseitigt.
1981 wurde der Abschnitt Gronau - Enschede den Gesamtbetrieb eingestellt. In dieser Zeit drohte gesamten Strecke von Dortmund nach Gronau die Die Stilllegung konnte jedoch vermieden werden und dem Jahr 2001 fuhren erstmals wieder Züge zwischen Gronau Enschede. Heute verkehren die Züge stündich zwischen Dortmund und Enschede .
Im Coesfelder Stadtteil Lette befindet sich heute im Bahnhof ein Eisenbahnmuseum.
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