然而，关东铁路的修建却是一波三折。由于甲午战争和八国联军之役，铁路的建造被多次打断；至1900年末八国联军入侵前，铁路修建到了大虎山；在沙俄驻军撤离辽西后，线路修建至新民。随后，俄军却拒绝执行随后的撤军计划，这引发了日方的不满，并最终引发了日俄战争；在战争中，日军不顾中方的抗议，在交战区外的新民至皇姑屯之间修建了一条轻便铁路（即新民－奉天铁路，簡稱新奉鐵路），直到战争结束后的1907年4月才以166万日元的价格卖给清廷。为使线路延长至沈阳城区，中方还让渡了南满铁路大石桥－营口支线的所有权，并在补偿了日方2.4万日元后才得以将铁路下穿南满铁路，并延长至小西门下的辽宁总站和南满铁路上的奉天驿。