Le réseau ferroviaire moldave a été lui aussi conçu à l’époque impériale russe, et il a été réalisé au gabarit russe de . Inauguré le , le premier tronçon desservait l’itinéraire Chișinău-Tiraspol-Odessa, pour exporter les grains et les vins bessarabiens. Il a été prolongé jusqu’à la frontière roumaine d'Ungheni où il se connecte au réseau roumain. Deux autres ramifications sont ensuite venues s’y attacher : une au sud-ouest à partir de Tighina vers le port danubien de Reni, et l’autre d’Ungheni vers le nord pour relier le pays à Kiev, Moscou et Saint-Pétersbourg en passant par Bălți. À l’époque roumaine, le réseau a été mis au gabarit européen de dans les années 1919-1922, et trois nouvelles voies ont été construites vers la Moldavie occidentale roumaine, sous l’égide des ingénieurs de la mission française Berthelot. Ce réseau a été remis au gabarit russe à l’époque soviétique en 1945-1948, en utilisant la main-d’œuvre des prisonniers politiques.