Baubeginn für den Rostocker Überseehafen war im Oktober 1957.
Ab 1959 wurden die aus Warnemünde kommenden Vorortzüge über den Rostocker Hauptbahnhof bis zum entstehenden Rostocker Überseehafen weitergeführt. Zunächst provisorisch, denn der Überseehafen nebst des neu entstehenden Güterbahnhofes war eine Großbaustelle. Am 30.04. 1960 wurde der Überseehafen zwar offiziell eingeweiht – fertig war er jedoch noch nicht.
Die Endhaltestelle der S-Bahnlinie 3 hieß bis 1967 Rostock- Überseehafen; 1967 wurde sie in Rostock – Überseehafen Nord umbenannt. 1969 entstand die Endhaltestelle der S-Bahn- Strecke im Überseehafen Nord in seiner heutigen Form.
Die Elektrifizierung der Strecke erreichte 1985 den Rostocker Überseehafen.
1995 wurde der Eisenbahn-Fährverkehr nach Dänemark von Warnemünde aus eingestellt und sämtlicher Fährverkehr nach Skandinavien wurde nun ausschließlich im Rostocker Überseehafen abgewickelt. Für die Anbindung des Fähranlegers an die S-Bahn wurde Ende der 1990er Jahre extra ein Gleis gebaut, denn die Endhaltestelle Rostock Überseehafen (wie sie nun wieder hieß) lag ca. 800 m vom Fährterminal entfernt. Das neue Verlängerungsgleis war jedoch nicht elektrifiziert (das wurde „vergessen“); aus diesem Grunde konnte die elektrisch betriebene S-Bahn das neue Gleis nicht befahren – die Fährpassagiere hatten einen längeren Fußmarsch zwischen S-Bahn und Fähranleger zurückzulegen.
Ein unscheinbares Schild weist den Fußweg zum Fähranleger, verschweigt aber die Entfernung… immerhin 800m!
Nunmehr wurde der S-Bahn-Betrieb auf der Linie 3 ab 2003 auf Dieselbetrieb umgestellt – um den Gleisanschluss zum Fähranleger zu nutzen. Inzwischen war dieses Gleis jedoch zum großen Teil asphaltiert worden (also gar nicht mehr benutzbar), so dass auch weiterhin die S-Bahn nur – weit abgelegen vom Fährterminal und potenziellen Fahrgästen – am bisherigen Haltepunkt endete.
Zuletzt fand nur noch ein verkürzter S-Bahn-Betrieb statt: der Überseehafen wurde gar nicht mehr angefahren, die S-Bahn endete am Haltepunkt Hinrichsdorfer Straße.
Im Dezember 2012 wurde der Betrieb auf der S-Bahnstrecke endgültig eingestellt, der S-Bahnhof im Überseehafen wurde stillgelegt.
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