1891年，沙俄入侵中国东北并开始修筑西伯利亚铁路。为了夺取中国东北地区，沙俄政府提出了把西伯利亚铁路延伸到中国东北境内的要求。

1898年3月27日，东清铁路建设当局开始对南支线进行勘探，1899年1月全部完成。同年7月6日，自哈尔滨和宽城子两地同时向南动工；9月3日自旅顺口向北动工。

1899年2月从哈尔滨开始向南铺轨，同年年底铺至松花江，1900年2月铺至窑门。宽城子向南1899年10月铺轨至辽阳，同年11月至沈阳，在今天沈阳站北1.2公里的位置修建了一座俄式青砖平房作为站舍成为奉天站，站内共计5股线路，站前是一片荒野，十分简陋。

1900年1月到达铁岭。义和团运动爆发后，工程一度停止。同年8月20日，工程复工。

1901年7月18日，南北两线在公主岭接轨，旅顺至宽城子间竣工。除第二松花江大桥未竣工外其它区段全部接轨，1902年3月15日第二松花江大桥建成。1903年1月14日，旅顺至宽城子间开始办理临时营业。

1903年7月14日，中东铁路全线正式通车。