Xəzər dənizi sahilindən Cənubi Qafqazın ortasından keçməklə, Qara dəniz sahilinə doğru dəmir yolu çəkilməsi ideyası ilk dəfə XIX əsrin 30-cu illərində irəli sürülsə də, bu yöndə əməli işə yalnız 50-ci illərin ortalarında başlandı. Bakı-Tiflis-Poti istiqamətində dəmir yolu magistralının inşası üçün gərəkli olan mühəndis-texniki və iqtisadi araşdırmalar aparıldı, lakin Rusiya imperiyası hökuməti maliyyə çətinlikləri ilə əlaqədar bu dəmir yolunun hissə-hissə çəkilməsinə qərar verdi. O zamankı Qafqaz canişininin irəli sürdüyü hərbi-strateji mülahizələr əsas götürüldü və 1865-ci ildə, bütün əvvəlki layihələrin əksinə olaraq, Cənubi Qafqazda dəmir yolu çəkilməsinə Bakıdan deyil, əks istiqamətdən — Potidən başlandı. 1867-ci ildə Poti — Tiflis dəmir yolunun inşası ingilis kapitalistləri T. Parkins və F. Pauerin yaratdıqları şirkətə konsessiyaya verildi. İngilis şirkəti 294 km uzunluğu olan bu dəmir yolu xəttini 1872-ci ildə istifadəyə verdi. 19-cu əsrin 70-ci illərində Abşeron yarımadasında neft sənayesinin sürətli inkişafı və Poti — Tiflis dəmir yolunun zərərlə işləməsi çar hökumətini tezliklə Bakı ilə Tiflis arasında dəmir yolu inşasına başlamağa vadar etdi. 1879-cu ildə çar II Aleksandr Bakı-Tiflis dəmir yolunun tikintisinə icazə verdi. 1883-cü il mayın 8-də bu dəmir yolunun rəsmi istismarına başlandı. Bakı-Tiflis dəmir yolunun ümumi uzunluğu 548,3 km idi, üzərində 26 stansiya, 53 körpü inşa edilmişdi. Bakı-Tiflis dəmir yolu ilə eyni vaxtda Poti-Tiflis dəmir yolu üzərindəki Samtredia stansiyasından Batum limanına dəmir yolu xətti inşa edildi. Belə ki, Poti limanı o zaman böyük həcmdə yükləri qəbul edib yola salmağa imkan vermirdi, Batum isə Qara dənizin Qafqaz sahilində ən əlverişli liman idi. Samtredia-Batum xəttinin (uzunluğu 105,2 km) rəsmi açılışı 1883-cü il mayın 21-də oldu və qatarların Bakıdan Batuma birbaşa hərəkəti başlandı. Həm Bakı-Tiflis, həm də Samtredia-Batum dəmir yolu xətlərini Rusiya kapitalı və çar ailəsi nümayəndələrinin aparıcı rol oynadıqları "Zaqafqaziya dəmir yolu cəmiyyəti" inşa etmişdi. Rusiya hökuməti 1889-cu ildə Bakını Tiflis və Qara dəniz sahilləri ilə birləşdirən Cənubi Qafqaz dəmir yolunu (CQDY) xəzinənin hesabına keçirdi. CQDY Qafqaz diyarının sosial-iqtisadi inkişafında, xüsusən də Bakı neftinin dünya bazarına çıxarılmasında mühüm rol oynadı.

Yük daşımalarının xeyli artması yük vaqonlarının, ilk növbədə, vaqon-sistern parkının sürətlə genişləndirilməsinə səbəb oldu. Məsələn, 1883-cü ildə istismar edilən vaqon-sisternlərin sayı 400 ədəd olduğu halda, 1890-cı ildə 5494 ədədə çatdırılmışdı. Bu artım sonrakı onilliklərdə də davam edirdi. Bu da, öz növbəsində, CQDY-nun buraxıcılıq qabiliyyətini yüksəltmək zərurəti yaratdı. Bu məqsədlə 1888–90-cı illərdə Bakı-Tiflis dəmir yolu üzərində əlavə 13 yarımstansiya inşa edildi, mövcud stansiyalar genişləndirildi, 1900–04-cü illərdə Bakı-Sabunçu, Biləcəri-Hacıqabul, Yevlax-Ağstafa sahələrində 302 km uzunluğunda ikinci yol çəkildi, lakin Birinci dünya müharibəsinin doğurduğu çətinliklər, ilk növbədə, son dərəcə çoxalmış hərbi yüklərin daşınması üçün dəmir yolu nəqliyyatının intensiv istismarı, gərgin qrafiklə işləyən parovoz və vaqonların hətta cari təmir üçün də saxlanmaması, ixtisaslı dəmiryolçuların cəbhəyə göndərilməsi böhranlı vəziyyət yaratdı. 1917–18-ci illərdə hərbi əməliyyatlar, xüsusən Qafqaz cəbhəsindən geri çəkilən 100 minlərlə rus hərbçisinin daşıma vasitələrini və stansiyaları korlamaları, Bakı Xalq Komissarları Sovetinin daşnak-bolşevik rəhbərliyinin Qafqaz İslam Ordusunun Bakı şəhərinə doğru irəliləməsini əngəlləmək üçün dəmir yollarını, körpüləri qəsdən dağıtması CQDY-nun Azərbaycan hissəsində vəziyyəti daha da pisləşdirdi.

Azərbaycan Xalq Cümhuriyyəti yaradıldıqdan sonra milli Hökumətin ilk addımlarından biri CQDY-nun Azərbaycan hissəsinin müəyyən edilməsi, ölkə daxilində və qonşularla normal nəqliyyat əlaqəsinin yaradılması oldu.1918-ci il iyunun 4-də Batumda Azərbaycan nümayəndə heyəti Osmanlı, Gürcüstan və Ermənistan nümayəndələri ilə CQDY-nun nəqliyyat vasitələrinin bölüşdürülməsi haqqında saziş imzaladı. Bu sənədə görə, keçmiş Rusiya dövlətinin mülkiyyətində olmuş CQDY-nun parovoz və vaqon parkı hər ölkənin ərazisindəki dəmir yolunun uzunluğuna uyğun olaraq dörd tərəf arasında bölüşdürülməli idi. Həmin gün Batumda Azərbaycan və Osmanlı dövlətləri arasında bağlanmış dostluq müqaviləsinə əlavənin 2-ci maddəsinə görə, Osmanlı tərəfinə bütün hərbi yüklərini Azərbaycan dəmir yolları ilə maneəsiz daşımaq hüququ verildi. 1918-ci il sentyabrın 16-da isə İstanbulda Azərbaycan nümayəndə heyətinin başçısı Məhəmməd Əmin Rəsulzadə və Osmanlı hökuməti tərəfindən İsmayıl Haqqı paşa arasında ticarət müqaviləsi imzalandı.

Bu müqavilələrlə Osmanlı tərəfinin Azərbaycan yollarından hərbi yükdaşımalar üçün istifadə etməsi şərtləri tənzimləndi. Bu cəhət Əlimərdan bəy Topçubaşovun 1 noyabrın 4-də Osmanlı dövlətinin xarici işlər nazirliyinə göndərdiyi məktubda da qeyd edilmiş, Mudros barışığının (1918) 15-ci maddəsinə görə, Osmanlı tərəfinin CQDY-nu Antantanın istifadəsinə verməsinin beynəlxalq hüquq olması, bu maddənin Azərbaycanın müstəsna mülkiyyəti olan dəmir yoluna şamil edilməsinin yolverilməzliyi bildirilmişdi.

1918-ci il noyabrın 17-də Bakıya daxil olmuş mütəffiq qoşunların başçısı ingilis generalı U. Tomson Azərbaycanın neft sənayesi, maliyyəsi, həmçinin nəqliyyatı üzərində nəzarəti öz əlinə alsa da, Cümhuriyyət Hökuməti tədricən mövqeyini möhkəmlətdi və idarəçiliyi, o cümlədən nəqliyyata nəzarəti özü həyata keçirməyə başladı. 1918-ci ilin dekabrında dəmir yolu nəqliyyatının işi qismən qaydaya salındı. Yollar Nazirliyi nəqliyyat vasitələrinin təmirini təşkil etdi. 1919-cu ilin yanvarında Azərbaycana məxsus vaqonların bir qismini Gürcüstandan geri almaq mümkün oldu, lakin Azərbaycanın yük vaqonlarının bir hissəsini ingilislər ələ keçirib Batuma və İrəvana apardılar. Dəmir yolu nəqliyyatınınn normal fəaliyyətinin bərpa edilməsində 1919-cu il martın 9-da Azərbaycanla Gürcüstan arasında imzalanmış dəmir yolu əlaqəsi haqqında sazişin də böyük əhəmiyyəti oldu. Bu sazişə əsasən, Azərbaycan dəmir yoluna məxsus nəqliyyat vasitələrinin Tiflisdə dəmir yolu emalatxanalarında təmir edilməsinə başlandı. Yollar naziri Xudadat bəy Məlik-Aslanov 1919-cu il oktyabrın 20-də Azərbaycan Parlamentində çıxışında bildirdi ki, həmin vaxtadək 50 — dən çox parovoz təmir edilmiş və işlək parovozların sayı 100-ü ötmüşdür. Bu da Bakı-Batum istiqamətində qatarların gündəlik hərəkət intensivliyini artırdı. Nəticədə, yolunun gəliri 1919-cu ilin yanvarında 5 milyon manat olduğu halda, həmin ilin dekabrında 40 milyon manata çatdı. 1920-ci ilin əvvəlində Bakı-Batum dəmir yolunun Gürcüstan hissəsində 14270, Azərbaycan hissəsində 10779 nəfər işləyirdi. Poylu stansiyasından Bakıya kimi dəmir yolu xətti körpü və stansiyaların, qatarların mühafizəsinə 634 jandarm cəlb olunmuşdu Azərbaycan Hökuməti 1920-ci ilin martında Avropadan yeni parovozlar almaq, dəmir yol nəqliyyatının işini yaxşılaşdırmaq üçün digər tədbirlər planı hazırlamışdı, lakin Aprel işğalı (1920) bütün bu işləri yarımçıq qoydu.