连接四川和贵州的川黔铁路建设计划是从民国时期开始的，当时国民政府曾经提出了两条建设方案，东线是重庆到贵阳，西线是隆昌经泸州、赤水、遵义到贵阳，由于东线要经过凉风垭、娄山关这些工程比较困难的地段，所以放弃了东线而选择西线，只是战争年代资金短缺，工程也只是进行了一些勘测，没有实质性开工。
西南地区解放以后，西南军政委员会把西线方案和东线方案进行比较，当时提出的东线方案里面已经有民国时期建成的猫儿沱到綦江铁路，而且能够连接重庆这座工业城市，所以选定了东线方案。1956年川黔铁路开工建设，线路从成渝铁路小南海站引出，转一个几公里的大圈跨过原来的线路再跨越长江，那座1959年建成的白沙沱长江大桥是继武汉长江大桥后第二座跨越长江的大桥。之后经过珞璜、小南垭等地，在五岔到三江段利用了原来的綦江铁路一段，部分地段进行了改建。过了赶水之后进入贵州境内，随着地势逐步抬高，隧道增多，部分山区路段还设置了类似于盘山路的展线，其中4270米长的凉风垭隧道是全线最长的隧道。在贵州境内主要经过了桐梓、遵义、息烽到贵阳，线路全长423公里。
川黔铁路是1965年开通运营的，这条铁路不仅连接了四川和贵州，在成昆铁路建成前的几年，川西地区去云南也要走成渝、川黔再走贵昆，而重庆去华东、华南地区也是走川黔。在牵引动力方面，川黔铁路赶水到贵阳段是1965年开通即使用内燃机车牵引，由遵义机务段担当，该段是继北京内燃段之后国内第二座内燃机车机务段，使用的是当时刚刚批量生产的东风型内燃机车，而重庆到赶水段地势相对平缓，则是使用的蒸汽机车牵引。后来随着运输需求的增加，川黔铁路在80年代后期开始进行电气化改造，1991年全线开通电气化，换成电力机车牵引后运输能力提升。1997年重庆成为直辖市，但是这条铁路在铁路部门的正式名称中依然叫川黔铁路。
川黔铁路上的客车通过白沙沱长江大桥
珞璜站
进入新世纪，随着铁路跨越式发展的提出，重庆与贵阳之间也在谋划一条新的铁路，因为既有的川黔铁路标准低，弯道多且速度慢，很多路段只能跑60公里时速，又是单线铁路，难以满足日益增长的运输需求。在本世纪10年代建设了渝贵铁路，按200公里时速标准修建，2017年建成，2018年投入运营。渝贵铁路运行动车组列车，原先运行川黔铁路的普速客车快车也改走渝贵线，川黔线只保留一对重庆到遵义的慢车，其它运行川黔线的全部是货运列车，重庆和贵阳间铁路客货实现分线运行。
渝贵线开通初期运行新白沙沱大桥的动车与运行川黔线白沙沱大桥的货车
川黔铁路上的货运列车
川黔铁路上的慢车
2019年4月，随着新白沙沱长江大桥下层的兴珞线（兴隆场——珞璜）与珞璜车站连接，川黔铁路的货运列车进出兴隆场编组站改走新大桥下层，老白沙沱长江大桥以及该桥所在路段废弃，川黔铁路正线起点变成珞璜，这也意味着该线不再是跨越长江的铁路。
川黔方向货列运行新白沙沱长江大桥下层的兴珞线去兴隆场编组站，旁边是已经废弃的川黔线白沙沱长江大桥
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