连至段于1909年10月27日完成复线铺轨，苏家屯至沈阳的复线则于1920年11月16日建成，沈阳以北至长春的复线1919年开工，但工程自1921年起时断时续，直至1934年9月26日才全部开通。1931年“九一八事变”后，日本侵占黑龙江，控制除了中东铁路以外的黑龙江地区各铁路。1932年，日本人的傀儡政权满洲国成立，南满铁路改归满洲国管辖，长春至大连段称“连京线”，但在1933年2月满洲国又同满铁订立委托经营契约，将所控制的满洲国有铁道的管理与建设权交给后者，由同年3月在奉天成立的“铁路总局”统辖管理