大半个东北平原，在富拉尔基跨越嫩江后进入内蒙古自治区境内，线路在翻越大兴安岭后进入唿伦贝尔草原，经过后沿海拉尔河抵达终点满洲里站，并与俄罗斯铁路西伯利亚铁路支线在后贝加尔斯克站连接。
历史.
早期历史.中日甲午战争之后，光绪二十二年（1896年），清政府特使李鸿章赴俄祝贺沙皇尼古拉二世加冕典礼，与沙俄签订了《中俄御敌相互援助条约》（简称《中俄密约》），在这个《条约》中规定清俄协防日本和俄国建设东清铁路的事宜，作为沙俄西伯利亚铁路在中国境内的一段。东清铁路从18