1898年3月27日，东清铁路建设局开始对南支线进行勘探，1899年1月全部完成。同年7月6日，自哈尔滨和宽城子两地同时向南动工；9月3日自旅顺口向北动工。沿线设8个工区，分段并进相向交叉，同时施工。第一工区设在哈尔滨，第二工区设在老少沟，第三工区设在宽城子，第四工区在铁岭，五工区在辽阳，六，七，八工区在旅顺。

1899年2月从哈尔滨开始向南铺轨，同年年底铺至松花江，1900年2月铺至窑门。宽城子向南1899年10月铺轨至辽阳，同年11月至沈阳，1900年1月到达铁岭。义和团运动爆发后，工程一度停止。同年8月20日，工程复工。

1901年7月18日，南北两线在公主岭接轨，旅顺至宽城子间竣工。除第二松花江大桥未竣工外其它区段全部接轨，1902年3月15日第二松花江大桥建成。1903年1月14日，旅顺至宽城子间开始办理临时营业。