更名为奉山铁路，关内段则更名为京山铁路。1933年，《塘沽协定》签署后，中国政府也丧失了对京山铁路的控制权。七七事变后，京山铁路被满铁北支那事务所（华北交通前身）接管。
抗日战争期间.九一八事变后，为防止日本侵略军沿铁路进攻，国民政府先后两次下令将秦皇岛至山海关间的双线拆除约10公里，只维持单线行车。1933年1月至4月，日本和满洲国向长城东段进攻，长城战役爆发；战役中，中国军队通过本线运输军队和物资，而这一切都被驻扎在塘沽的日本宪兵悉数记录。长城战役中，日军陆续占领山海关、秦皇岛