北同蒲铁路，建于1933-1939年。线路由京包铁路上的大同车站向南引出，跨越桑干河、滹沱河及汾河三个流域，穿过云中山和舟山市等分水岭，经朔州市、阳方口镇、宁武县、原平市、忻州市而达太原市。在太原站与同蒲铁路相接，直达黄河渡口风陵渡站，构成山西省境内南北交通主干道。

该线初建时为米轨铁路，1938年改为轨距，并与全国铁路联网。北同蒲铁路沿线开发较早，山川壮美，物产富饶，民风淳朴，古迹颇多。

北同蒲铁路于1933年11月开工，1939年竣工。初建时为窄轨铁路。

原先是山西军阀阎锡山依靠自己的力量，组织晋绥兵工修建的米轨铁路。1938年日军将北同蒲改为准轨。解放后将南同蒲也改为准轨。北同蒲铁路沿线开发较早，山川壮美，物产富饶，民风淳朴，古迹颇多。

1949年4月24日太原解放，5月1日大同解放，6月7日成立了太原铁路管理局，并于11月6日成立了山西省铁路修复指挥部。太原铁路管理局成立北同蒲工程大队负责铁路抢修工作。11月开始，中国人民解放军铁道兵一支部队开始抢修皇后园至忻府区（80公里）和忻县至史家岗支线（38公里，现为忻河支线）全长118公里的线路。

1950年3月至6月，铁道兵一支部队负责修通了平旺至朔城区的线路和桥梁。忻县至朔县段，由于坡度大，弯道多，桥梁破坏严重，抢修难度也大，由太原铁路管理局工程大队、衡阳铁路局桥工队和中铁六局集团天津铁路建设有限公司管理局朔县工程处于1950年8月至1951年7月修复通车。至此，平旺至忻县段全部抢修通车。北同蒲铁路于1951年8月2日举行了全线通车典礼，当时的铁道部部长滕代远亲临剪彩。

1957年1月25日，北同蒲铁路技术改造工程开始。太原铁路管理局放弃了宁武县至轩岗段家岭间90%的旧线路，另筑新线。新筑段家岭隧道长3345米，当时仅次于川黔铁路的凉风垭大隧道，为全国第二长大隧道，于1959年10月30日竣工。

20世纪80年代后期，北同蒲铁路进行了大规模的电气化改造，部分线路进一步取直，曲线半径加大，增加站线，更换重型钢轨，线路通过能力进一步提高，行车设备更加现代化。1983年6月开工，1989年7月31日开通。1992年4月1日，北同蒲铁路全部废除蒸汽机车牵引，改由内燃机车、电力机车牵引，成为晋煤集团外运的主要干线之一。

货运

大同市—大新：太局湖段HXD2

湖东—宁武：太局湖段HXD1，HXD2

大新—太原北：太局太段SS4

客运

大同—朔州市—神木北(4629/4630)：太局湖段DF4D-0549

大同—朔州—宁：太局湖段DF4B+DF4BK

大同—太原市：太局太段HXD3C，HXD3D