叙昆铁路自宜宾市（宜宾）南岸坝经盐津县、昭通市、威宁彝族回族苗族自治县、宣威市、曲靖至昆明北站，全长865公里。几经勘测与筹建，仅铺通沾益～昆明北站路段173.4公里。

清光绪二十四年（1898）英人戴维斯（H·R·Davis）继踏勘滇缅铁路之后，又踏勘泸州市经毕节市、威宁、宣威至昆明市，昆明经牛栏江、昭通至宜宾两线路由。清光绪二十六年（1900）法国军官格里莱（G·Rillers）也踏勘了昆明经牛栏江、昭通至宜宾铁路。

清光绪三十一年（1905），云南省士绅奏请自办滇蜀铁路，4月成立滇蜀铁路公司，筹集股金白银300万两，因种种困难，民国6年（1917）公司宣告结束。其间仅在宣统二年（1910）聘请美籍工程师多莱（Dawly）完成昆明经德泽、昭通市、高桥、大湾子至宜宾的初测，并未兴工。所筹资金，除归还个碧铁路公司锡、砂股本100万两白银外，其余全部耗尽。

民国26年（1937）10月国民政府征得川滇两省同意，各出资法币500万元，中央政府出资1000万元修建叙昆铁路。民国27年（1938）1月四川省政府派人踏勘沿金沙江经屏山县、雷波县、巧家县、改沿小江，经功山、嵩明县至昆明市的西线，交通部派员踏勘泸州兰田坝经叙永县、毕节市、威宁彝族回族苗族自治县、宣威市、曲靖至昆明的东线和原滇蜀铁路公司美籍工程师多莱初测的中线和昭通至威宁路线。中线沿线经济据点较少，高桥至大湾子直线距离仅30公里，高差1200米，展线工程艰巨，牛栏江地质复杂；昭通市折向威宁经宣威、曲靖至昆明对发展沿线城市有利，但难以避开高桥至大湾子困难地段，昭通至威宁需要增加大量展线工程。6月交通部踏勘队勘测大湾子经彝良县至威宁路线，经过比选，推荐宜宾经阜镇（今水富），溯横江经盐津县、大湾子（今大关县吉利乡岔河站）开始进入云贵高原，经彝良、昭通至威宁，再由宣威、曲靖至昆明，中线与东线结合的方案（该线路走向即是后来的内昆铁路）。民国27年（1938）9月20日，川滇铁路公司理事会正式成立，同时成立叙昆铁路工程局，下设7个测量队和15个工程总段。初测定测于10月1日开始，民国29年（1940）7月完成。勘测期间，云南省和昭通市地区士绅力争铁路经过昭通。民国30年（1941）7月初测完毕。昭通方案线路展长83公里。主要技术条件参考滇越铁路标准，轨距1000毫米，限坡（含曲线折减）一般地段20‰，山岭地段25‰。站内最大坡度较正线减少10‰，曲线另行折减，最大不超过10‰。最小半径164米，山岭崎岖地段最小半径115米。车站到发线有效长350米。桥涵载重中华16级。

民国27年（1938）10月开始施工招标，工程划分为小段发包给商人承包，12月25日开工。民国28年（1939）2月川滇铁路公司呈请云南省政府实行征工，5月省府同意，但沿线征工不力，又因米价上涨，筑路人数甚少。10月，省府责成公路总局督办，民国28年（1939）年底各项工程完成16%，民国29年（1940）累计完成32%。同年9月，拆除滇越铁路河口至碧色寨段路轨移铺叙昆铁路昆明至曲靖段。10月10日铺轨到大板桥街道，11月9日铺轨到杨林，民国30年（1941）4月1日铺轨到曲靖，全长162公里，立即开办营业。5月29日蒋介石指令云南省主席龙云继续拆除滇越铁路芷村至西洱段，轨料移铺曲靖至沾益路段，拆除个碧石铁路移铺滇缅铁路，遭云南省绅商强烈反对未果。宣威市以北工程被迫于民国29年（1940）9月停工，宣威以南工程收缩，民国31年（1942）停工。除昆明市北至曲靖段已铺轨通车外，曲靖至宣威103公里桥涵路基工程均已竣工，宣威至威宁段168公里土石方与重点桥梁隧道、宜宾附近5公里范围土石方及涵渠半途而废。从民国27年（1938）12月25日开工到民国31年（1942）底叙昆铁路完成路基土石方1185万立方米，桥梁2162米，涵渠875座，隧道363延米。使用中央与地方投资1.08亿元（法币）。为便于铁路运输与沾益机场空运衔接，民国三十三年（1944）6月1日铺轨到沾益，累计正线铺轨173.4公里。

为使叙昆、滇缅两路与滇越铁路沟通，民国27年（1938）12月叙昆铁路工程局在王家营西站464.398公里处与北站间建成环城线4.888公里。

抗战期间昆沾、滇越两路往来车辆较多，列车在昆明北站到发，运输不便，民国34年（1945）5月川滇铁路公司在昆沾线出岔修建482米与环城线相联的联络线（称东庄直达线）。1959年至1960年昆河线昆明南站至呈贡区改线经过黑土凹，将黑土凹站扩建为昆沾、昆河两线共用车站，拆除东庄直达线。

叙昆铁路在修至土官庄至马过河镇K99+100三支龙附近，因抗战军需急于通车，展线绕过大桥，在沟口修建3孔长6米高12米的拱桥，桥址位置在长大坡道、半径127米的曲线上，沾益端紧接半径115米的反向曲线。民国33年（1944）5月21日军人、货物混合列车一列颠覆，损失惨重。民国34年（1945）2月在K99+066处改建避难线380米，列车停车后缓行过桥。民国35年（1946）2月至次年5月改线，新建1孔20米钢梁桥，高20米，缩短线路1.6公里。

民国34年（1945），川滇铁路公司包括昆沾线与滇缅线昆明市至石咀段共有蒸汽机车25台，客车33辆，货车197辆，昆沾线在昆明设机务段，小新街设车房，昆明北、大板桥街道、杨林、小新街、马过河镇、鸡头村、曲靖设给水设备，昆明北、四营、小新街、曲靖4处设煤台，昆明北、曲靖设三角线供机车转向，并在昆明设机车工厂。昆明北至沾益架设电话线3对供调度，闭塞、长途电话通信使用。

民国32年（1943）至民国34年（1945）昆明曲靖段累计完成旅客周转量2.53亿人公里，货物周转量6560万吨公里，运送士兵46万人次，开行军车807列。抗战胜利军运减少，商贾东归，客货运量锐减。

1960年3月1日，准轨沪昆高速铁路由昆明东站向贵阳市方向铺轨，年底铺到吴官田，1961年6月27日铺轨到沾益。准、米轨铁路多处平交，运输互相干扰，铁道部决定撤除米轨铁路。1963年7月小新街工务段成立拆轨队承担线路上部建筑拆除任务。1963年7月10日由沾益向昆明市方向拆轨，12月拆至浑水塘，1970年拆至小石坝。浑水塘至大板桥的米轨石碴线在准、米轨并存期间曾采用套轨，米轨拆除后改为准轨。