Дополнительная ветка от Харбина до Порт-Артура и Дальнего — Южно-Маньчжурская железная дорога, длиной 1 025 километров, была достроена 21 июля 1904 года. Впрочем, по условиям статьи VI Портсмутского мирного договора, участок этой трассы между Чанчунем и Порт-Артуром был уступлен Японии.
Важнейшая роль в обосновании необходимости строительства на заграничной территории Китайско-Восточной железной дороги принадлежит министру финансов Витте. Она являлась более коротким путем до Владивостока по сравнению с Амурской и Уссурийской дорогами, шла по менее пересеченной местности, также давала возможность продлить дорогу до возводимых на арендованном у Китая Квантунском полуострове портам Дальний и Порт-Артур.
Строительство дороги началось в 1897 году. Участок от Китайского разъезда Забайкальской железной дороги до станции Маньчжурия на границе с Китаем — Кайдаловская ветка, протяженностью 374 километров был завершен в 1900 году.
Дальнейшее строительство дороги сопровождалось трудностями прокладки тоннеля сквозь горный хребет Большой Хинган, а также нападением восставших ихэтуаней, приведшее к разрушению около 900 километров пути и человеческим жертвам. Участок от станции Маньчжурия через Харбин до станции Никольское Уссурийской железной дороги протяженностью 1 520 километров завершили в 1903 году.
В 1907 году было подписано российско-японское соглашение о соединении между железной дорогой, находящейся в японских руках, с российской Китайско-Восточной железной дорогой — КВЖД к северу от нее. Соглашение предусматривало постройку путей российской колеи от последней станции российской КВЖД Куаньчэн до первой станции японской ЮМЖД Чанчунь, и наоборот, путей стандартной колеи от Чанчуня к Куанчэну.
С августа 1945 года бывшая ЮМЖД находилась под совместным управлением СССР и Китая в составе Китайской Чанчуньской железной дороги — КЧЖД, которая в 1952 году правительством СССР была безвозмездно передана Китаю.
