苏美两国影响，印度、日本、韩国等国对中国亦持敌对态度。当时中国军工产业均分布于东部及沿海地区，一旦开战位置将极其不利，故「三线建设」计划被提上中国战略层面。京原铁路沿线虽不属三线建设规划地区，但距北京最近，地势险峻易守难攻，便于领导人进行疏散，便与成昆铁路及北京地铁一期工程同时列入建设计划。1960年，线路西段工程（至段）开工，由抗日战争时期修筑的原平铁路改建而成，1961年7月完工。1965年11月，在北京地铁一期工程开工4个月之后，东段工程（至枣林段）正式开工，总长359公里，由铁道部第三勘测设