抗日战争期间，蒋介石依靠美、英等国的所谓援助，继续修建了几条铁路，其中，把陇海铁路从宝鸡向天水展筑，以便于调兵对付陕甘宁边区。1939年5月，成立陇海铁路管理局宝(鸡)天(水)咸(阳)同(即今铜川，当时叫同官，是陕西的煤炭主产区)工程处，负责修建宝天段铁路和咸同支线铁路。当时宝天段铁路开工后仅开凿了几座隧道后便停工了，到了1942年又决定赶修宝天段铁路，计划两年完成，在天水又成立宝天铁路工程局和测量总队，进行勘测设计。当年1月，再度开工修筑宝天段铁路，3月施工全面展开，该段铁路全长154.8公里，其中隧道合计总长22公里，占线路长度的七分之一，隧道、桥梁多达100多座，铁路穿越秦岭，北依险峻的陇山，南依滚滚的渭河，深涧陡壁，依山傍水，山势险峻，地形地质复杂，且山体极不稳定，加之渭河水流湍急，因而工程十分艰巨，施工难度极大，鉴于上述情况，因而设计受到很多条件限制，只好降低技术标准，因陋就简，而且又恰逢抗战时期，经费极端困难，筑路材料奇缺，只好使用陇海线中牟至白马寺段拆下的旧轨，桥梁也是利用东段拆下的旧梁加以拼制，同时为节约水泥，多数桥墩圬工改为石砌，还自制天然水泥，掺石灰使用。有这一系列客观条件限制，就决定了宝天段铁路的工程质量十分低劣。当时国民政府资源委员会还拟在宝鸡峡修建渭河水库，提出要把宝天段路基提高60米，以免将来水库蓄水后淹没、冲毁铁路，这样一来又使宝天段路基和隧道的工程量进一步加大，使铁路多沿山腰坡行进，以致频频倾塌，成为西北铁路中的有名“盲肠”路段，遗留下大量后患。至1945年12月31日，铺轨到天水，1946年3月通车运营，前后历时6年半。全段154.8公里，总投资达3202800万元，由于抗战时期物价飞涨，实际造价比原预算增加1455倍。在1946年3月移交陇海铁路管理局接管的同时，将宝天铁路工程局改为天兰铁路工程局，向西继续修筑天水至兰州段的铁路。
