1900年，八国联军入侵天津、北京等地。俄军抢先占领天津站并控制天津至杨村间的铁路；英军则试图抢夺天津-杨村区间的控制权。1901年1月17日，经磋商后，俄国侵略军撤至关外并带走全线2/5的机车和车辆，以及山海关桥梁厂、唐山修车厂与沿线各段的重要机器和设备；这些设施随后被运往关东州。清军及义和团在抵抗中曾猛烈进攻天津站，并拆除塘沽-北京间的线路，天津至北京间线路破坏尤为严重。1901年9月7日，清廷与参与八国联军之役的各国签订《辛丑条约》，允许各国派兵驻守车站。1902年8月，清廷向俄国和英国收回关内外铁路管理权。在此之前，中英之间订立《关内外铁路交还以后章程》，使英国实际上掌握全线的管理权。