Ihre Strecke misst 60,5 Kilometer und verläuft vom thüringischen Nordhausen quer über den Harz in Nord-Süd-Richtung bis in die bunte Fachwerkstadt Wernigerode im munteren Wechselspiel vorbei an allen Schönheiten des Harzes. Ein Drittel der Strecke liegt in Thüringen. Zusammen mit der Selketal- und Brockenbahn bildet die Harzquerbahn ein Streckennetz von über 140 Kilometern Länge. Betreiber der Harzquerbahn ist die Harzer Schmalspurbahnen GmbH.
Traditioneller Ausgangspunkt der Harzquerbahn ist seit 1897 Nordhausen in Thüringen. Der Kopfbahnhof Nordhausen Nord der Harzquerbahn liegt parallel zum normalspurigen Bahnhof Nordhausen. Früher befand sich hier der Sitz der Nordhausen – Wernigeroder – Eisenbahngesellschaft, bevor der Hauptsitz aufgrund des starken Brockenverkehrs nach Wernigerode verlegt wurde, wo heute auch die Harzer Schmalspurbahnen GmbH (HSB) ansässig ist.
Steigt man aber in Nordhausen ein, geht es erst einmal über viele Haltepunkte nach Norden, dem Harz entgegen. Über Krimderode und Niedersachswerfen erreicht die Harzquerbahn nach 10,7 Kilometern den Bahnhof von Ilfeld dem gebirgigen Tor des Südharzes. Ab hier beginnt die Fahrt durch die Natur, während Häuser und Straßen, an denen die Bahn bislang vorbei zuckelte, nachlassen. Mit einer Steigung von 1:30 (33,3‰) geht es in den Südharz
Der Bahnhof Eisfelder Talmühle, ein ehemaliger Gemeinschaftsbahnhof der Nordhausen-Wernigeroder Eisenbahn und der Gernrode-Harzgeroder Eisenbahn. Er ist Knotenpunkt zwischen Selketalbahn und Harzquerbahn. Wer hier umsteigt, gelangt mit der Schmalspurbahn nach Hasselfelde, Alexisbad, Harzgerode, Gernrode oder in die Welterbestadt Quedlinburg.
Nach Eisfelder Talmühle passiert die Harzquerbahn die Haltepunkte Tiefenbachmühle und Sophienhof, den letzten Halt in Thüringen. Die Harzquerbahn muss sich nun unterdessen weiter den Berg hinauf quälen, passiert die ehemalige Holzverladestelle Kälberbruch und quert auf einem großen Damm die Rappbode. Durch Fichtenwald führt die Strecke über die Landesgrenze nach Sachsen-Anhalt. Am Bahnhof Benneckenstein erreicht die Bahn mit 530 m ü. NN ihren bisher höchsten Punkt den sogenannten „Sandbrink“.
Die Harzquerbahn aber muss vom Bahnhof Elend aus ein letztes Mal wieder bergauf nach Drei Annen Hohne. Drei Annen Hohne ist der Knotenpunkt der Harzquerbahn und Brockenbahn. Da die meisten Fahrgäste aus Wernigerode kommend auf den Brocken fahren, wird es ab hier oft voll im Zug.
In Richtung Wernigerode geht es hinab durch das besonders kurvige Drängetal und durch den einzigen Tunnel einer Schmalspurbahn in Ostdeutschland. Der sogenannte Thumkuhlentunnel misst zirka 58 Meter und ist der einzige Tunnel im Netz der Harzer Schmalspurbahnen.
Im Stadtgebiet der bunten Fachwerkstadt folgt noch der Haltepunkt „Wernigerode Hochschule Harz“ sowie der Bahnhof Wernigerode Westerntor, bis die Harzquerbahn nach 60,5 Kilometern den Bahnhof Wernigerode erreicht und somit einmal quer über den Harz gefahren ist.
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