Ab 1976 konstituierte sich ein Verein mit Sitz in Blumberg. Bereits am 21. Mai 1977 wurde auf der Strecke ein Museumseisenbahnbetrieb eingerichtet, der aber nur im mittleren Streckenabschnitt zwischen Weizen und Zollhaus-Blumberg verkehrt. Dieser erwies sich von Anfang an als außerordentlich erfolgreich und sogar kostendeckend. Damit konnte die Strecke vor dem endgültigen Verfall bewahrt werden. 1988 erhielt die Strecke den Rang eines technischen Denkmals von nationaler Bedeutung. Durch umfangreiche Renovierungsmaßnahmen an den Tunneln und Brücken in den darauf folgenden Jahren ist ihr weiterer Bestand zu Beginn des 21. Jahrhunderts gesichert.
Im Jahr 1991 berichtete die Sendereihe Eisenbahn-Romantik des Südwest-Fernsehens in ihrer ersten Folge über die Wutachtalbahn. Während der Dreharbeiten an Ostern 1987 entgleiste die Dampflokomotive 38 1772 an der unteren Einfahrweiche des Bahnhofs Epfenhofen. Mehrfach diente die Wutachtalbahn als Filmkulisse, beispielsweise in Heinrich der Säger, Der Transport, Viehjud Levi oder Brass Target (deutscher Titel: Verstecktes Ziel).
War zuvor die EUROVAPOR für den Betrieb zuständig, übernahm deren 1997 gegründete Tochtergesellschaft Wutachtalbahn (WTB) e. V. im selben Jahr den Betrieb. Diese Ausgliederung war von Seiten der EUROVAPOR aus Flexibilitätsgründen beschlossen worden. Um die Jahrtausendwende herum wurde außerdem das Wagenmaterial der Strecke saniert; ebenso wurden zusätzliche Personenwagen gekauft. Nachdem bereits von 2008 bis 2010 457.000 Euro an Tourismusmitteln vom Land Baden-Württemberg geflossen waren, gab der Wirtschaftsausschuss des Landes im Oktober 2010 weitere 162.500 Euro aus dem Programm Tourismusinfrastruktur frei. Das Geld soll die Sanierung der Gleisanlagen im Jahr 2011 ermöglichen
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