Au milieu du XIXe siècle, l’Empire austro-hongrois désirait lancer la construction d’une ligne reliant Vienne avec le port de Thessalonique, via Zagreb, Banja Luka, Sarajevo, Mitrovica, Pristina et Skopje, évitant ainsi le Royaume de Serbie. De Pristina était prévue la construction d’une ligne vers Istanbul via Nis, Sofia, Plovdiv, Edirne. La concession de construction du tronçon sud a été accordée en 1869 au baron financier et philanthrope bavarois Moritz von Hirsch auf Gereuth. La ligne Thessalonique – Skopje fut achevée en 1873 et prolongée en 1874 vers Mitrovica et Pristina. Son exploitation était assurée par la compagnie ottomane dénommée Chemins de fer orientaux (CO) basée à Paris. Côté nord, seul fut construit le tronçon Dobrljin – Banja Luka en Bosnie. Après la guerre des Balkans, qui se déroula de 1912 à 1913, le Kosovo fut absorbé par le Royaume de Serbie. Les chemins de fer du Royaume de Serbie, les SDZ (Srpske Drzavne Zeleznice) succédèrent alors aux Chemins de fer orientaux. Après une courte interruption entre novembre 1918 et mars 1919 due à la reconstruction des infrastructures, les chemins de fer du Royaume des Serbes, des Croates et des Slovènes, les Zeleznice Kraljevine SHS prirent la succession des SDZ en avril 1919. En 1929 le Royaume des Serbes, des Croates et Slovènes devint le Royaume de Yougoslavie avec pour compagnie nationale les JDZ (Jugoslovenske Drzavne Zeleznice), qui succédèrent alors aux Zeleznice Kraljevine SHS. En 1931, les JDZ prolongèrent vers le nord la ligne de Mitrovica à Kraljevo en passant par la vallée de l’Ibar, puis construisirent en 1934 la ligne Kosovo Polje – Pristina et en 1936 la ligne Kosovo Polje – Pec. Avec l’occupation du Kosovo par les puissances de l’Axe, l’exploitation des chemins de fer fut assurée au sud par les chemins de fer bulgares (les BDZ) et au nord par le commandement allemand de la Direction de Belgrade des chemins de fer serbes (les SDZ), le Royaume de Yougoslavie ayant disparu. Grlica (Gërlicë en albanais) devint la gare frontière entre les deux zones.
Durant la Seconde Guerre mondiale, la ligne traversant le Kosovo était un maillon essentiel pour le Reich allemand en particulier pour l’acheminement de minerais. Le gouvernement bulgare fit également construire une ligne à voie étroite de 600 mm entre Kacanik et Vrbestica pour transporter du minerai de chrome. Le transbordement du minerai dans des wagons à voie normale avait lieu à Kacanik, gare située dans la zone bulgare.