据事后签署的中苏伯力会议议定书，苏联恢复在1929年7月10日以前在中东铁路的一切权益。1931年九一八事变后，虽然日本占领了中国东北的大部分地区，但铁路的运营依旧掌握在苏联手中。1932年满洲国成立，中东铁路改由苏联与满洲国合营。1935年3月，满洲国向苏联花费1亿4千万日圆购买中东铁路北段全线，改称滨洲线，并于1936年8月1日将宽轨改成准轨，运营速度提高到60公里／小时。1945年，第二次世界大战后日本投降，该铁路被当时占领东北的苏联接收，轨距再次变为宽轨。1946年4月，前苏联红军撤退回国，