Die Strecke verlässt den Bahnhof Schorndorf an der zweigleisigen Hauptbahn Stuttgart – Aalen, zunächst parallel zu dieser verlaufend, in östlicher Richtung. Nach 600 Metern, am heutigen Haltepunkt Hammerschlag, zweigt die Wieslauftalbahn nach Norden ab und quert einen Kilometer später die Rems auf einer 35 Meter langen Eisenfachwerkbrücke. Unter der neuen und der alten Bundesstraße 29 hindurch wird nach genau drei Kilometern der Bahnhof Haubersbronn erreicht. 800 Meter weiter hat dieser Ort nach der Revitalisierung einen zweiten, ortskernnahen Haltepunkt bekommen. Der Landesstraße 1148 folgend reihen sich die Bahnhöfe Miedelsbach-Steinenberg bei km 5,4, Michelau bei km 7,5 und Schlechtbach bei km 8,8 auf, ehe nach 9,9 Kilometern die „Zwischenstation“ Rudersberg erreicht ist. Im Zuge der Revitalisierung wurde am Schulzentrum der neue Haltepunkt Rudersberg Nord eingerichtet, wo bei km 10,7 bis 2008 die Betriebsstrecke endete. Am 10. Juni 2008 wurde die um 800 m bis Rudersberg-Oberndorf erweiterte Strecke des öffentlichen Nahverkehrs eingeweiht. Kurz hinter Oberndorf beginnt die technisch interessante Steilstrecke in der Verantwortung der Schwäbischen Waldbahn GmbH. In etwa sechs Meter Höhe, die auf einem langen Damm erreicht werden, wird die ebenfalls nach Welzheim führende Landesstraße 1080 bei km 11,9 mittels einer eisernen Kastenbrücke überquert. Einen Kilometer später hatte eine etwa 300 Meter lange Hangrutschung am Grauhaldenhof, die mittlerweile beseitigt ist, 1988 zur Einstellung des Zugverkehrs nach Welzheim geführt. Das noch im Tal liegende Dorf Klaffenbach wird bereits in dreißig Meter Höhe umfahren, bevor kurz nach dem 51 Meter langen Igelsbachviadukt der Bahnhof Klaffenbach-Althütte bei Bahn-km 14,3 erreicht ist. Nun wird auch das Wieslauftal enger und steiler und die Bahn nimmt endgültig Gebirgscharakter an. Schon einen Kilometer nach dem ersten folgt bei km 15,0 mit dem 121 m langen und 25 m hohen Strümpfelbachviadukt einer der Höhepunkte aus touristischer Sicht. Der enge 200 m-Radius der in der 1:40-Rampe liegenden sechsbogigen Betonbrücke und der freie Blick aus 120 Metern über der Talsohle machten den Viadukt beim Weiler Steinbach bereits in früheren Zeiten zu einem der Fotomotive schlechthin an der Strecke. Anschließend geht es an der nördlichen Talseite durch dichten Wald zum Bahnhof Laufenmühle (Bahn-km 16,9), der früher einerseits ein wichtiger Holzverladeplatz war, andererseits aber vor allem touristische Funktion hatte. Schließlich ist es auf einem Forstweg durch das idyllische Wieslauftal nur etwa eine Stunde Wanderstrecke zum heute wie damals an Wochenenden viel besuchten Ebnisee. Direkt nach dem Bahnhof Laufenmühle zweigt die Bahntrasse nach rechts in ein Seitental der Wieslauf ab, deren tief eingeschnittene Schlucht sie auf dem „Glanzpunkt der ganzen Bahn“, dem 25 m hohen und 168 m langen Laufenmühleviadukt überwindet. Von hier sind es zwar nur noch zwei Kilometer Luftlinie, aber 90 Höhenmeter bis zum Endbahnhof Welzheim, so dass die Bahn noch eine Schleife von fünfeinhalb Kilometer Länge vor sich hat. Entlang der Edenbach- und Weidenbachschlucht führt die Trasse zum drei Kilometer entfernten Bahnhof des südlich der Stadt gelegenen Welzheimer Teilortes Breitenfürst, der bereits auf 495 m über NN liegt. Unverständlicherweise wurde das dortige Bahnhofsgebäude als einziges der acht baugleichen von der DB abgebrochen. Nun durchfährt die Strecke in einer weiten, einen Kilometer langen Linkskurve den Tannwald. Am Waldrand hat sie ihre Richtung um fast 180 Grad gedreht und mit 507 Metern ihren höchsten Punkt erreicht. Hier ist in der Nähe mehrerer Altenwohn- und Pflegeeinrichtungen sowie am Stadtpark Welzheims mit seinen Freizeitanlagen der neue Haltepunkt Tannwald entstanden. Leicht bergab geht es dann die letzten 800 Meter bis zum Bahnhofsgebäude am westlichen Rand der Welzheimer Innenstadt.