釜石線
岩手軽便鉄道は軌間 762 mm であったため、1067 mm への改軌が順次実施された。またこれと並行して仙人峠を越える鉄道の建設が始められた。国有化前に岩手軽便鉄道から国鉄へ依頼して行われた検討では、足ケ瀬駅と仙人峠駅の間に金山駅を設置して分岐し、仙人峠の下を長いトンネルでくぐって東側にループ線を設置し、北進してスイッチバック式の甲子駅を設置、大きく南へカーブして釜石鉱山鉄道の路線に並行して南東へ進み、唄貝駅で合流するという路線構想があった。再検討の後、1936年(昭和11年)6月に実際に国鉄が着工したのは、足ケ瀬駅から分岐して足ケ瀬トンネルで一旦気仙川流域へ出て、上有住駅を経由して土倉峠の下を土倉トンネルで抜けて仙人峠東側斜面を大きく北へ全長1,280 m、半径250 mの「Ω」(オメガ)字状のカーブを描く第二大橋トンネルを通り陸中大橋駅へ降りていくルートとなった。
第二大橋トンネルは急こう配区間であり、蒸気機関車が通過するとトンネル内は煤煙でいっぱいになった。開通後、列車が頻繁に通過するようになると、煤煙がトンネル付近にあった釜石鉱業所の社宅に押し寄せ、洗濯物が真っ黒になるとのクレームが出されたことから、盛岡鉄道管理局はトンネル出口に送風機と組み合わせた煙突を作ることを発案。
東(釜石)側は、1944年(昭和19年)に開業した釜石東線(かまいしとうせん)以前に、民営鉄道がすでに開業していた。
まず1880年(明治13年)8月30日に、富国強兵を目指す政府の工部省によって釜石桟橋 - 大橋採鉱所18.3 kmと、小佐野 - 小川山間4.9 kmなど支線を含んで26.3 kmを結ぶ釜石鉱山専用鉄道が敷設された。これは、釜石製鉄所への鉱石を輸送するためのものであり、日本で3番目となる鉄道路線であったが、釜石製鉄所での製鉄が不振で銑鉄生産を1883年(明治16年)に中断してしまったため、官営釜石鉱山は閉山し、そのための鉄道も開業僅か3年で廃線となった。このときの鉄道設備と車両は阪堺鉄道(南海電気鉄道の前身)へ譲渡されている。
その後、1884年(明治17年)に釜石鉱山馬車鉄道(釜石町 - 甲子村間、軌間 762 mm)が岩手県下初の民営鉄道として開業、1911年(明治44年)に個人(田中長兵衛)経営の鉱山鉄道(鈴子 - 大橋間、軌間 762 mm)に移行した。これは、釜石製鉄所の再建を目指す田中によって開業させたものである。1916年(大正5年)に田中鉱山(1924年〈大正13年〉釜石鉱山に改称)に譲渡され、1940年(昭和15年)には日鉄鉱業に譲渡された。前述の岩手軽便鉄道はこれとの接続を目指して計画されたものである。同鉄道は、釜石東線開業後は貨物専用線として残り、1965年(昭和40年)4月1日に廃止された。国道283号で仙人峠を越えて釜石に入ると、釜石線と間近で並走する片側2車線片側1車線の変則区間があるが、これが廃線跡である。