Die Eröffnung der Strecke war ursprünglich zum 1. Oktober 1907 vorgesehen, wurde dann aber auf den 1. November 1908 verschoben. Auch dieser Termin ließ sich nicht gehalten. Am 26. und 27. November 1907 konnte die gesamte Bahnanlage endlich landespolizeilich abgenommen werden.
Bei der Abnahme der Strecke wurde die Aufstellung einer Schranke am Klosterdamm in Dargun angeordnet, die die MFFE ( Die Mecklenburgische Friedrich Franz Eisenbahn Gesellschaft ) jedoch erst im folgenden Jahr installierte. Gleichzeitig wurde ein Bahnwärterhaus errichtet. Während Lelkendorf kurz nach der Eröffnung eine Schranke erhalten hatte, bekam Neukalen eine solche erst 1931 mit dem Ausbau der Straße nach Schlakendorf.
Am 1. Dezember 1907 wurde die Stichbahn feierlich in Betrieb genommen. Gleichzeitig endete in deren Einzugsgebiet der bis dahin tägliche Postkutschenverkehr.
Bis zur Übernahme der Länderbahnen durch die Reichsbahnen im jahre 1920 führte die ab 1919 als Mecklenburgische Landesbahn bezeichnete MFFE den Betrieb. Die Einnahmen aus dem Reise- und Güterverkehr der Strecke Malchin - Dargun deckten die laufenden Betriebsausgaben, sodass die Nebenstrecke als rentabel galt. Im Güterverkehr dominierte der Versand landwirtschaftlicher Güter und von Holz. Die zuckerrüben gelangten vielfach direkt auf dem Acker in Feldbahn-Kastenwagen und wurden auf einfachen, zum Teil "fliegenden" Schmalspurgleisen von Pferden zu den Verladestellen gebrach.
1918 beantragte der "Treptow-Demminer landwirtschaftliche Ein- und Verkaufsverein" den Bau eines Privatanschlussgleises nahe dem Lokschuppen in Dargun. In diesem Verein hatten sich über 40 landwirtschaftliche Betriebe zusammengetan. Vorgesehen war in unmittelbarer Nähe des Gleises der Bau eines Speichers zur Lagerung landwirtschaftlicher Produkte und von Dünger. Da das Vorhaben nicht gleich genehmigt wurde, mietete der Verein den nicht mehr genutzten Anschluss vom Viehändler. Erst im August 1922 wurde das neue Anschlussgleis fertiggestellt und das nunmehr überflüssige des Viehändlers abgebaut.
In den ersten Betriebsjahren verkehrten täglich vier Zugpaare, die fast alles bis Waren (Müritz) durchfuhren. Bedingt durch den Ersten Weltkrieg und die Iflation rollten zwischen Malchin und Dargun längere Zeit nur täglich zwei Zugpaare. 1926 kam wieder ein drittes Zugpaar hinzu, das jedoch donnerstags sowie sonn- und festtags nicht verkehrte.
Im Herbst 1926 eriegneten sich auf dem Bahnübergang am Haltepunkt Pisede zwei schwere Unfälle mit Pferdekutschen. Daraufhin ordnete die Reichsbahndirektion Schwerin den Bau einer Schranke an, die ein Jahr später in Betrieb genommen werden konnte.
Im Jahre 1938 verlängerte die Deutsche Reichsbahn den Darguner Lokschuppen, um Übernachtungsmöglichkeiten für das Zugpersonal zu schaffen. Der Betrieb auf der Strecke begann in jener Zeit in der Stunde 4 und endete in der Stunde 23. Regelmäßiger Nachtdienst war nicht erforderlich.Die Höchstgeschwindigkeit betrug 40km/h und die Fahrzeit 50 Minuten.
Im Jahr 1945 ereignete sich der wohl schwerste Bahnbetriebsunfall während des Bestehens der Nebenbahn und zwar im Bahnhof Dargun. Ein aus mehreren Güterwagen bestehender Güterzug fuhr ohne auf die Haltsignale zu reagieren, über den Gleisabschluss und tötete mehrere dort befindliche ausländische Zwangsarbeiter. Kurz vor Kriegsende, Anfang Mai 1945, flüchteten vor der herannahenden Roten Armee viele Malchiner Einwohner mit dem (vorläufig letzten) Zug in Richtung Dargun, der jedoch am Anschluss Salem Kiesweiche endete. Die Klein- städter versteckten sich in unmittelbarer Nähe. Doch auch hier fühlten sie sich bald nicht mehr sicher und fanden bei Bauern und Land- arbeitern um Salem bessere Unterkünfte. In Wagun hatte die Rote Armee eine größere Einheit zusammengezogen, die von dort aus ausschwärmte. Der am Anschluss Salem Kiesweiche stehengebliebene Flüchtlingszug aus Malchin wurde dabei von Sowjetsoldaten beschädigt.
Dargun war Endpunkt der 1907 eröffneten Stichbahn von Malchin aus. Das Stationsgebäude war zwar ein mehrfach verwendeter Typ der Großherzoglichen Eisenbahn-Baukommission, erhielt aber durch liebevoll gestalltete Anbauten ein individuelles Aussehen.