白阿鐵路南起吉林省白城市、北至內蒙古自治區興安盟阿爾山市伊爾施鎮，全長350多公里。白阿鐵路建于1929年5月至1937年9月，分4期4線建成，即洮懷線、懷索線、索興線、興溫線，此后又增建了溫杜線。因此，白阿線亦稱白杜線。

洮懷線

洮懷鐵路南起洮安（今吉林白城），北至懷遠（今內蒙古烏蘭浩特），全長83公里。

日俄戰爭后，日本從沙俄手里攫取了遼東半島的租借權，中東鐵路長春以南支線的南滿鐵路及其附屬地的經營權、駐軍權等特殊權益。1907年4月，日本南滿洲鐵道株式會社（以下簡稱“滿鐵”）成立，經營南滿鐵路。沙皇俄國繼續經營長春以北的中東鐵路。至此，東北鐵路形成了由日本扼其南、俄國控其北的分裂局面。

東北三省易幟后，東北軍為了開發邊疆、鞏固國防、對抗日本通過“滿鐵”對東北和內蒙古東部地區的鐵路擴張與經濟掠奪，推出了更加強硬的對策，成立東北交通委員會，制訂了東北鐵路建設計劃，擬在10年內鋪設總長6000余公里的東北鐵路網，完成兩大干線、18條支線建設，并在兩大干線的起點葫蘆島建設500萬噸吞吐能力的港口，取代被日本占領的旅順港。

1929年8月，洮索鐵路開工建設。1930年初，洮安至懷遠鎮的路基土方工程完工，1931年2月，洮懷鐵路通車運營。與此同時，懷遠鎮以北至索倫區間的路基土方工程基本開工。1931年，九一八事變爆發，洮索鐵路的后期工程停止，因此形成了這段具有反抗日本帝國主義侵略擴張，抵制其瓜分東北、掠奪經濟資源的歷史意義的洮懷鐵路。

懷索線

懷索鐵路實際是洮索鐵路計劃的后期工程，南起懷遠鎮，北至索倫，區間長108公里。

1934年1月7日，“滿鐵”齊齊哈爾事務所開始對懷索鐵路108公里的區間進行實地勘測。4月20日，偽滿政府發布將懷索線等7條鐵路建設工程承包給“滿鐵”的通告，并投資1.414億日元。月末，懷索鐵路的路基和橋梁建設工程分為4個工區同時開工，10月末完工。

1935年1月17日，懷索鐵路全線鋪通，3月20日通車運營。

索興線

索興鐵路南起索倫，北至大興安嶺南坡的南興安，全長130公里。1934年2月，鐵路開始勘測，9月初完成。12月1日，偽滿政府公告，將索溫線等3條鐵路建設承包給“滿鐵”。1935年12月16日，索興線鋪通，1936年1月10日通車試運行，7月1日正式運營。

興溫線

興溫鐵路南起南興安站，北至溫泉站（今阿爾山站），全長16.7公里。1934年9月11日，“滿鐵”調查隊對大興安嶺進行實地勘察，其中，對穿越大興安嶺的鐵路隧道進行了專項勘察與研究論證，1935年4月完成。6月，他們開始從大興安嶺南北兩面開鑿鐵路隧道。大興安嶺鐵路隧道全長約3220米，歷時25個月鑿通。1937年6月11日，隧道工程全部完工。7月17日，興溫鐵路全線鋪通，10月1日正式通車運營。至此，白阿鐵路全線通車。

阿爾山站是白阿鐵路的終點站，也是白阿鐵路上的第三大站，故他們在興溫鐵路建設的同時實施了兩大工程，即修建了阿爾山站候車調度樓和大和旅館。阿爾山站候車調度樓是一座集機車調度、武裝警備、旅客候車于一體的二層樓，一樓的東北角和東南角各建一座半圓形的碉堡。

溫杜線

溫杜線是白阿鐵路的延長線，最終目標是延伸至滿洲里，建成洮滿線。溫杜線的起點是阿爾山，終點是與阿爾山北部接壤的呼倫貝爾盟新巴爾虎左旗南端的杜拉爾，全長約30公里。

1939年5月，偽滿洲國決定投資10億元用于國防鐵路建設，以加強對蘇聯的進攻和防御，其中包括阿爾山、海拉爾、滿洲里等8個重點邊境地區的鐵路擴建工程。

溫杜鐵路區間多為沼澤，路基工程量大、人力投入多。日本曾將修筑阿爾山大興安嶺國境陣地的勞工1000多人投放到溫杜線建設工地。1945年初，溫杜鐵路全線完工。

1945年5月，德國投降，蘇軍戰略重點轉移至遠東。日本意識到日蘇開戰在即，便將侵駐阿爾山的步兵后撤至大興安嶺南部的五叉溝，并命令將溫杜鐵路伊爾施至杜拉爾區間約15公里的鋼軌全部拆除，以防蘇軍利用，這就形成了今天白阿鐵路南起白城、北至阿爾山市伊爾施鎮的狀況。