В 1906 году межминистерский комитет постановил выделить деньги на строительство линии Барнаул-Семипалатинск-Верный-Луговая-Арысь. В 1907 году группа заинтересованных городов Казахстана,а так же общественные самоуправления подняли вопрос о строительстве дороги перед министром путей сообщения М.И.Хилковым,посетившим Туркестан. В том же году были проведены изыскания на местах. На юге, от станции Арысь до реки Или, изыскательские работы шли под руководством инженера Голембиовского
В 1912 году за постройку дороги взялся крупный владелец метелургического предприятия в России А.И.Путилов, заинтересованный в сбыте своих рельсов, и вопрос был разрешён в пользу строительства.
Семиречинская дорога, к моменту истечения срока концессии (1917), построило всего лишь 237 км. дороги (от станции Арысь до станции Бурное) вместо 578 км.
Работы велись очень медленно. В сентябре 1915 года линия дощла лишь от станции Арысь до станции Чимкент и на ней было открыто временное движение, К январю 1916 года укладка пути была доведена до станции Манкент, а к августу-до разъезда №9. В сентябре 1917 года линия дошла до станции бурное, причем не все участки оказались пригодными для эксплуатации.
15 июля 1914 года от станции Арысь, расположенной на магистрали Оренбург—Ташкент, было начато сооружение железной дороги на Пишпек, но к сентябрю 1917 года она была доведена только до станции Бурное. После установления Советской власти было создано временное правление Семире-ченской железной дороги и строительство продолжилось. 28 ноября 1920 года открылось временное движение до станции Аулие-Ата. 15 октября 1923 года Совет труда и обороны страны принял решение о достройке дороги и 8 августа 1924 года релвсы были уложены до Пигппека. Одновременно, началось строительство паровозного депо Аулие-Ата.
В 1931 году, введенная в эксплуатацию Туркестано-Сибирская дорога, которая в западной части начиналасв со станции Луговая, была поделена на три эксплуатационных района, участок Чу —Арысь (исключительно) был включен в район, имеющий центром Аулие-Ату. В первые же годы проводились меры по усилению пропускной и провозной способности, оборудованию полуавтоматической блокировкой, замене семафоров на светофоры. В 1936 году эксплуатационный район был преобразован в отделение службы движения, а в 1948 году организовано Джамбулское отделение дороги.
В 1953г. после ввода в эксплуатацию линии Моипты — Чу резко возросли размеры движения на направлении Чу —Арысь, в 1957 году началось строительство вторых путей от Луговой до Бадама (Арыси) и двухпутных вставок от Чу до Луговой.