1912 жылдың маусым айында Троицк темір жол акционерлік қоғамы Самара-Златоуст темір жолының Полетаево бекетінен Троицк және Қостанайға дейін астықты аудандарды елдің теміржол желісімен байланыстыру үшін темір жол желісінің құрылысына кірісті. Көлік-арбаның орнын паровоз ауыстырып, өнеркәсіптік дамудың жаңа рельстеріне өлкені тартты. Орыс-Азиялық және Орыс сауда-өнеркәсіптік банктері, Лондонның «КРИСП» банкир үйі құрылысты қаржыландырды. Троицк-Қостанай темір жолының құрылысы үшін 29 миллион сомға 4,5 пайыздық облигациялық қарыз шығарылды. Троицк-Қостанай темір жолы қоғамының концессионерлері атақты банкир-өнеркәсіп иесі А.И.Путилов, Сібір сауда банкінің өкілі М.А.Соловейчик, Қостанай көпесі Ф.П.Кияткин және басқалар болды.
1913 жылдың 1 мамырында Троицкіден Қостанай бағытына қарай рельстер төсеу басталды. Құрылыс Қостанай уезінің аумағында Федоровкадан қашық емес жердегі Жаркөл кентінен жүргізілді. 1913 жылдың қараша айында жол төсеу аяқталып, вокзал ғимараты салынды. Желтоқсан айында пойыздардың жұмыс қозғалысы басталды, ал 1916 жылдың 1 қаңтарында Троицк-Қостанай темір жолының 170 шақырым қашықтығы империялық жолдың жалпы желісіне қосылып, тікелей жолаушылар және тауар қозғалысы ашылды.
1950-жылдары тың игерудің басталуымен және жүк тасқынының бірнеше есе артуымен сол уақыттағы тозған теміржол желісін қалпына келтіру және Қостанай бекетін дамыту жұмыстары жүргізілді. 1960 жылдың 30 наурыздағы КСРО ҚЖМ-нің № 657 бұйрығымен Қостанайдан Золотая Сопкаға дейін ұзындығы 163 шақырым және Қостанайдан Тобылға дейін 97 жарым шақырым 1-класты Қостанай жол бөлімшесі ұйымдастырылды. Лисаков, Жітіқара, Урицкий бағытына пойыз жүргеніне көп уақыт бола қойған жоқ. 1964 жылы Тобыл-Железорудный аумағында пойыздар будан тепловоз жетегіне, ал 1966 жылы электрге ауыстырылды. 1969 жылы Есіл-Құсмұрын-Тобыл тармақтары электрлендірілді. 1974 жылы Қостанайда теміржол вокзалының жаңа ғимараты салынып, ХХІ ғ. басында қайта қалпына келтірілді.
Қазіргі уақытта Қостанай жол бөлімшесі 62 бекетке, Қостанай, Ақмола, Ақтөбе және Солтүстік Қазақстан облыстарының шекараларындағы 2300 шақырым жолға қызмет көрсетеді. Ұзындығы 402 шақырым «Алтынсарин-Хромтау» тармағының құрылысы аяқталды. Облыстың индустриалдық дамуына жаңа күш беретін, 2015 жылы Арқалық-Шұбаркөл теміржол тармағы іске қосылады.
