In oktober 1901 was de lijn Leeuwarden-Dokkum/Aalsum-Metslawier gereed. Bij Stiens splitste de lijn zich in een oostelijke en een westelijke tak. De westelijke tak, welke hier buiten beschouwing gelaten wordt, liep naar Tzummarrum en splitste zich daar naar Harlingen en Franeker. Op 20 april 1901 rijdt de eerste officiële trein van Leeuwarden naar Ferwerd, volgepakt met hooggeplaatste personen. Fanfare korpsen bij de haltes, toespraken van heren met hoge hoeden en een gemengd koor dat de genodigden liederen toezong, alles ter ere van het nieuwe vervoermiddel.
De NFLS breidde in de loop der jaren de spoorlijn uit tot een lengte van 85 kilometer. Vanaf Leeuwarden ging men het noordwaards richting Stiens. Dit dorp gold in die tijd al, en niet in het minst door de aanleg van de spoorlijn, als een voorportaal van Leeuwarden. Zowel de stationsgebouwen als het emplacement waren van duidelijk meer omvang en aanzien dan de rest van de haltes aan de lijn. Het station te Stiens was het enige met een kap, ter bescherming van de reizigers tegen het hemelwater. Veel dorpsmensen kwamen in die tijd in Stiens alvast onder de indruk van wat hen in de stad te wachten stond. Vanaf Stiens liep de spoorlijn langs veel dorpen onder andere Hallum, Marrum, Ferwerd, Blija, via Ternaard naar Dokkum en verder naar Metslawier. Dat was tot 1901 het eindpunt. Later is deze oostelijke tak nog doorgetrokken naar Anjum.

Spoedig nadat de eerste treinen van het lokaalspoor waren gaan rijden kwamen de Classes  Leeuwarden, Franeker en Dokkum van de gereformeerde kerken in het geweer tegen de NFLS. Zij verzochten de maatschappij de diensten op zondag geheel te laten vervallen. De NFLS was bereid gedeeltelijk aan het verzoek toe te geven en enkele treinen op het traject Leeuwarden - Metslawier uit de dienstregeling te nemen. Nu begonnen de posterijen te protesteren. Zij konden de treinen juist weer niet missen, omdat dan de post niet tijdig bezorgd kon worden. Toch besloot de directie van de maatschappij een proef te nemen.
De NFLS was aanvankelijk een kleine zelfstandige lokaalspoorwegmaatschappij met eigen materieel. Voor eigen risico exploiteerde men de spoorlijn. De maatschappij bezat in de beginjaren tien tenderlocomotieven, tien tweede klas rijtuigen en tien derde klas rijtuigen. Voorts waren er 78 goederenwagons en drie bagagerijtuigen. Eerste klas coupé kende men bij de NFLS niet. Wel een speciale "schoolwagen" die alleen op het traject Leeuwarden - Anjum reed, ten behoeve van de scholieren. De tweede klas rijtuigen waren voor die tijd luxe uitgevoerd. Ze hadden tochtvrije ramen, linoleum op de vloer en met pluche overtrokken banken. Die banken hadden zelfs omkeerkussens, de ene kant voor de zomer en de andere kant voor de winter. De wagens waren bovendien voorzien van gaslicht. De locomotieven waren zogenaamde tendermachines. Ze konden zelf kolen en water meevoeren en in beide richtingen trekken, zonder op de toentertijd nog veel voorkomende draaischijven te worden gedraaid.

De dienstregeling van de NFLS was zodanig dat ieder station om de twee uur een verbinding had in beide richtingen. Vrijdags reden er bovendien nog enkele markttreinen van en naar Leeuwarden. Het lokaalspoor was een tussenvorm van trein en tram. De rijsnelheid was aanvankelijk bepaald op 40 km per uur en later op 50 km per uur. De sfeer in het treintje was nogal gemoedelijk. Iedereen kende iedereen. Een soort dorpswinkel dus met veel vaste klanten.
De eerste paar jaren draaide de NFLS goed. Maar toen kwam de klad erin. Het jaarverslag van 1903 gaf al een uiterst somber beeld te zien. Het goederenvervoer liet sterk te wensen over, vooral doordat de aardappeloogst in dat jaar mislukte. Dientengevolge was de handel met Engeland minimaal. Ook het aantal reizigers lag aanmerkelijk lager dan men had verwacht. De situatie bleek zo uitzichtloos dat de directie genoodzaakt was hulp te zoeken bij een grotere spoorwegmaatschappij. De Hollandse IJzeren Spoorwegmaatschappij (HSM), die een zware concurrentiestrijd voerde met de Staatsspoorwegen, was wel bereid op de voorwaarden van de NFLS in te gaan en nam de exploitatie op zich. Volgens de berekening zou de overname een besparing van fl. 50.000,00 op jaarbasis inhouden en inderdaad nam het verlies, zij het uiterst langzaam, af.

De NFLS heeft nog het genoegen mogen smaken een koninklijk paar te kunnen vervoeren. Enkele maanden voor de overname door de HSM brachten koningin Wilhelmina en prins Hendrik een bezoek aan Leeuwarden en Harlingen welkw plaatsen middels het lokaalspoor werd aangedaan. Na 1910 brak er een glorietijd aan. Het personenvervoer nam sterk toe, met 1921 als absoluut topjaar. De opbrengsten waren in dat jaar groter dan ooit tevoren.
In datzelfde jaar fuseerde de HSM met het Staatsspoor. Daarna ging het weer bergafwaarts, met name het reizigersvervoer nam na 1925 sterk af. Een ander openbaar vervoermiddel diende zich aan: de autobus. De zogenaamde 'wilde autobusdiensten" beconcurreerden het lokaalspoor hevig. De bus was goedkoper, gemakkelijker en stopte op veel meer plaatsen, zelfs midden in het dorp, dus men hoefde niet hele einden te lopen. Er kwam weliswaar op diverse plaatsen een vervoersverbod voor bussen (!), maar daar trokken de chauffeurs zich weinig van aan.

In 1928 boekte het lokaalspoor voor de laatste maal winst. In datzelfde jaar werd ook het depot in Stiens gesloten, het begin van een langzame maar zekere afbrokkeling. Er is overwogen om op het traject Stiens - Tzumarrum motortreinen in te zetten hetgeen financieel niet haalbaar bleek. Ook is er ooit nog een plan geweest om in Oostmahorn een spoorweghaven te maken ten behoeve van de oostelijke tak hetgeen nooit tot uitvoering is gekomen. De daling van de vervoerscijfers zette zich steeds sneller voort. De beruchte crisis uit de dertiger jaren van de vorige eeuw lieten ook de lokaalspoorwegmaatschappij niet onberoerd. Daarnaast dienden zich ook nieuwe concurrenten aan: de fiets en vooral de auto die snel in opmars kwam. Acties werden op touw gezet om het lokaalspoor nog te behouden. Een van de laatste pogingen van een inmiddels opgericht actiecomité‚ was de exploitatie bij de Nederlandse Tramweg Maatschappij onder te brengen welke, afgeschrikt door de hoge exploitatiekosten, bedankte voor de eer. In 1935 werd het traject Dokkum - Anjum voor het personenvervoer gesloten. De exploitatie sleepte zich nog een jaar voort op het traject Leeuwarden - Dokkum doch op 30 juni 1936 viel ook hier het doek voor het reizigersvervoer. 's Avonds om 21.18 uur vertrok de laatste trein van het huidige 1e perron van Leeuwarden. Vooral de jeugd toonde in veel plaatsen belangstelling om nog een keer een ritje met het Dockumer Lokaeltsje te maken. Bij de Leeuwarder halte hing de vlag halfstok. Een grote menigte had zich op het station in Dokkum verzameld en onder luid gejuich begon het lokaeltsje aan zijn laatste reis ... .

Nog eenmaal zou het treintje rijden. We schrijven 1970. Op 5 mei organiseert de FeDo - Commissie van Dokkum twee ritten Leeuwarden - Dokkum en voegt daarmee een boeiende attractie toe aan de feestweek die van 30 april tot 5 mei wordt gehouden. De trein mag helaas niet beschikken over een stoomlocomotief, daar dit op grote bezwaren stuit, maar de beide oude lokaalspoorrijtuigen (speciaal voor die gelegenheid uit Hoorn overgebracht), worden getrokken door een dieselelektrische tramlok van de NS.
Veel belangstellenden langs de lijn en muziekkorpsen op de stations begeleiden deze aller, allerlaatste rit van het roemruchte Dockumer Lokaeltsje.