На 1 августа 1902 года эксплуатационная дорога имела 2134,6 версты. Из них однопутных —1267,8 версты, двойного пути — 866,8 версты. Дополнительно к этому — одиннадцать служебных ветвей и 102 ветви частного пользования общей протяженностью 310 верст. И, наконец, свыше 1000 верст станционных и разъездных путей, 164 коммерческих станций и разъездов, 901 паровоз, 635 пассажирских и 23 987 товарных вагонов.
Ни паровозов, ни вагонов для перевозки возрастающего количества грузов не хватало, скорости движения были крайне низкими. Рудники, угольные шахты уже в 1892 году не один раз были поставлены перед фактом, когда железнодорожники не обеспечивали растущих потребностей в перевозках руды, топлива, металла, строительных и других материалов.
Осенью 1892 года на наиболее трудном перегоне восточного участка — от станции Демурино до станции Синельниково — началось строительство второго пути длиной 90 верст. Работы здесь закончены летом 1894 года.
Одновременно со строительством вторых путей шло развитие станций для увеличения пропуска и переработки поездов. Количество станций в течение 10 лет возросло с 54 до 106.
В этот же период осуществляется строительство вторых путей на участках: Сухачевка — Запорожье (ныне Баглей), Екатеринослав — Сухачевка, Запорожье — Любомировка. Всего в пределах Екатерининской железной дороги построено 859 верст вторых путей.
Общее протяжение двухпутных участков составило 45 процентов дороги.
Это позволило увеличить размеры и скорости движения поездов. Появилась необходимость усилить безопасность движения на перегонах и станциях. А она при ручном управлении стрелок прямо зависела от стрелочников. С этой целью в 1898 году были начаты работы по устройству механической централизации стрелок и сигналов. В первую очередь были централизованы стрелки на разъездах и блокпостах участка Криничная— Любомировка.
Для более интенсивного освоения рудных месторождений Криворожья вдоль реки Саксагань летом 1895 года началось строительство Саксаганской ветки. Движение по ней было открыто 6 декабря того же года.
В дальнейшем для освоения железных руд в Кривбассе были построены: в 1898 году участок Калачевская — Пятихатки — Любомировка, а до 1900 года и другие участки этого района.
Большое значение получила Користовская линия, открывшая ближайший выход горнозаводским грузам и углю на юго-западные железные дороги и на заводы Привислянского края, а криворожской руде — за границу.
В 1898–1902 годы была построена Ингулецкая ветвь от станции Кривой Рог до станции Николокозельск. Всего с 1894 по 1904 годы было построено 365 верст новых железнодорожных линий.
В ходе развития железных дорог, связывающих Донбасс и Кривбасс, в 1896 году начато и в 1899 году закончено строительство линии Чаплино — Пологи — Бердянск. Руководил работами инженер А. А. Рыжов. Линия Чаплино — Бердянск дала выход сельскохозяйственным грузам к Бердянскому порту — на Азовское море.
К началу XX столетия Екатерининская дорога представляла собой вполне развитую и почти законченную систему рельсовых путей, состоящих из шести главных направлений: западный участок дороги Любомировка — Долинская, с ветвями на Саксагань и Ингулец, обслуживающий Криворожский рудный бассейн; восточный участок — Ясиноватая — Никитовка — Дебальцево с рядом ветвей от Дебальцево к донецким угольным шахтам (Дебальцево — Зверево, Дебальцево — Миллерово, Дебальцево — Купянск); главная линия от Ясиноватой до Любомировки (ныне Верховцево), обеспечивающая связь между рудным и каменноугольным районами, а также обслуживающая крупные металлургические и машиностроительные заводы Екатеринослава, Каменского (Днепродзержинск) и другие. И, наконец, три ветки, направляющиеся от главной линии к югу, — Таганрого-Ростовская, Мариупольская и Бердянская, давшие выход к портам и обеспечившие большие сельскохозяйственные и пассажирские перевозки.
Направление Лозовая — Севастополь вошло в состав Курско-Харьковско-Севастопольской железной дороги, за исключением участка Синельниково — Екатеринослав, переданного в 1885 году в состав Екатерининской.
Важным этапом в жизни Екатеринославской дороги является 1902 год, положивший начало строительству так называемой второй Екатерининской железной дороги на направлении Долгинцево — Никополь — Запорожье — Волноваха, общим протяжением 582 километра. Постройка дороги на этом направлении производилась отдельным строительным управлением под общим руководством начальника работ инженера Б. А. Риппаса.
Новое направление дороги имело назначение разгрузить главную магистраль Екатерининской дороги и обеспечить выход донецкому и мушкетовскому углю на станцию Долинская, а криворожской руде — на заводы Юзовского, Дебальцевского и Таганрогского района, открыть путь поездам к станциям Таганрог и Умань.