捌、日治時期(1895～1945年10月2４日)
始政（無方針主義）時期（1895年－1915年）
初期武官總督時代
1895/05/10 - 1896/06/樺山資紀（かばやま すけのり）臺灣總督1
1896/06/02 - 1896/10/桂 太郎（かつら たろう）臺灣總督2
1896/10/14 - 1898/02/乃木 希典（のぎ まれすけ）臺灣總督3
1896年台北橋當時稱該橋為淡水橋，並於進行修繕。
1897年8月初，颱風侵襲臺北導致淡水橋斷裂，臺灣總督府決定修改鐵路路線改由橫跨新店溪，經萬華、板橋與樹林再跨大漢溪南下；8月11日八堵（今七堵）改名為「七堵驛」，升為乙等站，站址位於七堵前站原址。
1898/02/26 - 1906/04 兒玉 源太郎（こだま げんたろう）4
1898年台灣總督府鐵道部於開始探勘台灣東部的鐵路路線。
在「臺灣鐵道株式會社」、「臺北鐵道會社」等民間業者相繼募款失敗後，臺灣主要鐵路幹線之興築於1899年（明治三十二年）轉由官方主導，「臺灣總督府交通局鐵道部」成立，全面興建西部縱貫鐵路；舊鐵道拆除，新鐵道與淡水河鐵橋興建完成，正式結束三重埔的鐵路歷史，淡水橋在當時是大龍峒和大稻埕一帶的重要轉口港，並帶動周邊欠發達地區的繁榮； 5月原經大稻程河溝頭、海山口鐵路，改經艋舺（萬華）、枋橋（板橋）、樹林、山仔橋（山佳）鶯歌石（鶯歌），接桃仔園（桃園）南下；7月20日設立「八堵假乘降場」、「南港乘降場」早期站址位於東南街底，曾以日治時代留存下來的老式木造建築作為站房，設有側式月台及島式月台各一座，無地下道與天橋，列車進站或通過時以響鈴警告旅客，車站外的東南街過去為南港最繁榮的夜市所在。
1900年3月第一代打狗停車場(即昔日高雄港站))興建，位置為鹽埕埔車路頂，即山下町十七番地，相當於今天的鼓山一路87巷口一帶；5月15日台南火車站峻工；9月15日興建第一條支線臺北-淡水間21.2公里鐵路；11月29日縱貫線鐵路「打狗（昔日高雄港車站）—臺南」段通車，打狗停車場（昔日高雄港車站）正式營運作為縱貫線端點站，又設立「舊城乘降場」(今左營)，又設「楠仔坑驛」(今楠梓)，又設「大湖街乘降場」，又設車路墘停車場(即今保安火車站)，又設車路墘停車場(今保安火車站)，又首代臺南驛為一洋風式樣之建築；12月15日設立「阿公店驛」(今岡山)。
1901年5月15日設「新市街驛」，又設「灣裡驛」(今善化)；5月19日設立「橋仔頭乘降場」(今橋頭)；8月25日第一條支線臺北-淡水間21.2公里鐵路完工，10月25日第一條支線臺北-淡水間21.2公里鐵路通車，臺北站及淡水河岸線辦理整車貨運，原本行經海山口（今新莊）的鐵路改線行經枋橋（今板橋），並於舊城區附近設站，同日樹林設站，稱為樹林停車場；設置「艋舺停車場」，簡陋站亭，位於今愛國西路與中華路交叉處；12月11日設立「中洲庄乘降場」，位於臺南縣依仁里中洲庄；12月16日設「拔仔林乘降場」(今拔林)，又設「林鳳營乘降場」，又設「新營庄停車場」，為今新營站第一代站房；舊山線三號隧道闢建，長度511公尺。
1902年4月20日設「蕃仔田乘降場」(今隆田)，又4月20日水堀頭乘降場改為「停車場」，又設「嘉義驛」；6月1日「八堵假乘降場」改為停車場，又五堵站開通，又「拔仔林乘降場」改「拔仔林停車場」(今拔林)，又「蕃仔田乘降場」(今隆田)改設停車場，又「林鳳營乘降場」改「林鳳營停車場」，又台鐵「新營庄停車場」改稱「新營驛」；8月10日「中港」(今竹南)驛落成，站房為木造車站；12月15日設立「半路竹驛」(今路竹火車站)。
1903年3月10日設立「蔦松庄停車場」(今永康); 5月25日中港至苗栗段通車設置「苗栗停車場」，木造站房，為第一代苗栗車站，又中港至苗栗段通車，後壠(今豐富)驛」開業；舊山線大安溪鐵橋於5月興建；7月1日「南勢信號場」(今南勢火車站)開業；9月舊山線苗栗至三叉河（今三義）間鐵道完工；10月7日舊山線苗栗=三叉河間通車，設「三叉河(今三義)驛」，又設銅鑼灣(今銅鑼)驛，規畫階段擬定驛名為福興街，又「造橋驛」開業；11月舊山線三叉河(三義)以南施工期間的替代線—伯公坑運搬線開工，舊山線一號隧道闢建，長度230公尺，位於三義＝勝興間，路段為坡度千分之二十六的陡坡，是許多鐵道攝影者喜愛的取景地點，以紅磚砌成；12月15日臺鐵設大莆林驛(今大林)；首度於客車裝設便器裝置； 12月15日設立「打貓驛」(今民雄站)，又設「他里霧驛」(今斗南)，本站為臺灣日治時期改建的最後一個火車站；舊山線二號隧道建於1904年，長度726公尺；往南為坡度千分之二十四點七的下坡。隧道北口有日治時代後藤新平所題的「開天」兩字。
1904年2月1日「斗六驛」開業； 3月31日「蔦松庄停車場」(今永康)廢止，又「蕃仔田停車場」(今隆田)廢止；5月1903年11月開工的舊山線三叉河(今三義)以南施工期間的替代線—伯公坑運搬線完工； 6月由於第一代打狗停車場腹地受制於打狗山與後壁港河道，離高雄港也尚有一段距離，轉運不便,臺灣總督府交通局鐵道部便填埋供新站場使用的埋立地（3萬8千多坪）；10月舊山線鯉魚潭斷橋(內社川鐵橋)興建；籌建台灣第一部客車；；臺灣南部的鐵路也得到進一步擴建；「騰雲號」原車煙囪呈直筒形；舊山線二號隧道闢建，長度726公尺，往南為坡度千分之二十四點七的下坡，隧道北口有日治時代後藤新平所題的「開天」兩字，又舊山線五號隧道闢建，長度236.5公尺，又舊山線六號隧道闢建，長度228公尺(2016.4.14臺鐵)；烏日初名為湖日，改稱烏日。
1905年1月15日設「二八水驛」(今二水)；3月26日設「田中央驛」(今田中)，又設社頭驛(舊名叫社斗街驛)，又設「員林驛」，又設「茄苳腳驛」(今花壇)，又設「彰化驛」；4月30日原舊山線魚藤坪斷橋(龍騰斷橋)興建； 5月舊山線另一條替代線渦狀輕便線完工，與伯公坑運搬線共同擔負山線工程的運輸需求；5月15日「拔仔林停車場」(今拔林)廢止，又「蕃仔田停車場」(今隆田)恢復，又「大肚停車場」(今成功前身)設站、又烏日驛創設，又設立「台中驛」，又台南火車站小幅擴建；又設「潭子墘駅」(今潭子車站)；又設「葫蘆墩駅」(今豐原火車站)，又設「後里庄停車場」(今后里)；6月10日台中車站第一代車站「台中停車場」竣工；10月15日設「石榴班驛」，石榴非植物石榴，而是鐵道上的石碴；舊山線四號隧道闢建，長度48公尺。
1906/04/11 - 1915/04 佐久間 左馬太（さくま さまた）5
1906年3月17日於台灣時間凌晨6時43分於嘉義廳打貓東頂堡梅仔坑莊（今嘉義縣梅山鄉）一帶因陳厝寮、梅山斷層錯動而發生的芮氏規模7.1強烈有感地震，梅仔坑地震，或稱梅山地震，而自台灣有文獻記載以來，這場地震的死亡總人數為史上第三慘重，至少有1258人遇難；11月11日舊山線大甲溪鐵橋位於舊山線鐵道后里--葫蘆墩間開始興建，又舊山線七號隧道闢建，長度1261.34公尺，又舊山線八號隧道闢建，長度518.62公尺(2016.4.14臺鐵)；騰雲號火車因行駛時噴出的煤灰火星，造成鐵道沿線火災，遂將原來直筒形的煙囪上端改良為可收集火星的的大漏斗狀（鑽石形），並配以蒸汽噴管導引煙流，此後一直保持這個造型至今。
1907年4月1日舊山線設置十六份(今勝興)信號場（號誌站）；6月1日原舊山線魚藤坪斷橋(龍騰斷橋)完工，長度200公尺(2016.4.14臺鐵)；6月20日設林內驛；8月由於第一代打狗停車場腹地受制於打狗山與後壁港河道，離高雄港也尚有一段距離，轉運不便,臺灣總督府交通局鐵道部填埋供新站場使用的埋立地（3萬8千多坪）完成；10月1日屏東線的打狗（後改稱高雄港）至九曲堂路段於通車長17.4公里，由打狗另闢「鳳山支線」經三塊厝、大港埔至鳳山，此後陸續延伸至屏東，為今屏東線之前身，設置鳳山停車場，木造結構站房；10月30日舊山線鯉魚潭斷橋(內社川鐵橋)完工，長度185.6公尺，(2016.4.14臺鐵),位於鯉魚潭水庫的後池堰，北端連接六號隧道，南端連接七號隧道，又舊山線九號隧道闢建，長度1269.48公尺(2016.4.14臺鐵)，是舊山線最長的隧道，隧道北口題有「潛行不窒」四字，南口則題有「氣象雄深」四字，隧道南端連接大甲溪橋，北端離后里站不遠。日治時期勢力掃蕩底定後，日本設臺灣總督為殖民臺灣最高長官，並設置臺灣總督府作為在臺的最高統治機關，初期總督職務均由軍人擔任，以敉平當時各地的動亂組織。明治政府任命陸軍將領兒玉源太郎中將為第四任總督，並派後藤新平擔任民政長官以為輔佐，從此採取軟硬兼施的治理政策，日本以警察制度及保甲制度管理臺灣，後到日本大正年間，臺灣政局漸趨轉穩。
1908年開始興建大甲溪鐵橋位於舊山線鐵道后里--葫蘆墩間完工；2月1日三塊厝車站設「臨時停車場」；2月14日舊山線大安溪鐵橋完工，長度637.39公尺。(2016.4.14臺鐵)橋的北端連接七號隧道，南端離泰安站不遠，有10孔KS-15花樑，是苗栗縣三義鄉與臺中市后里區的分界；2月20日西部縱貫鐵路全線貫通(新竹-竹南19公里,竹南-彰化(舊山線)89.3公里,彰化-高雄港189公里)；4月舊山線三叉河(今三義)至葫蘆墩（今豐原）間鐵道完工，兩條替代用路線拆除，縱貫線全線通車；4月10日舊山線大甲溪鐵橋完工，長度382.2公尺(2016.4.14臺鐵)，有六座花樑，是后里區與豐原區的分界，位於山線鐵道后里--葫蘆墩間；4月21日台中停車場興建火車頭的機關庫；4月20日於臺中站舉行「汽車博覽會」（日本語的「汽車」是指以蒸汽機車運行的鐵路車輛），又後里庄(今后里)停車場正式啟用；5月5日打狗站進行車站南遷工程完成站場整備後；第一代打狗停車場在1908年6月1日開始拆除；6月25日九曲堂設站，又設「後庄驛」(今後庄)，由打狗驛（今高雄港車站）派員售票；9月15日第二代打狗停車場完工，其位置在今天站房的北邊，正對著臨海三路；9月19日「石榴班驛」因業務冷清，停止營業；10月24日於臺中公園舉行縱貫鐵路貫通典禮，通車初期仍依循南部線及北部線各自獨立營運習慣，南北僅一班直通車（6點台北出發，17:13分抵臺南，19:55分抵打狗）；七堵車站之木造站房啟用，即現存之七堵前站站房；10月24日縱貫線全線通車典禮在台中停車場附近的台中公園舉行，日本閑院宮載仁親王來台參加。縱貫鐵路全線貫通，讓過去臺灣南北需時數日的交通縮短至朝發夕至的1日內。
1909年1月30日台中車站建造鐵製跨線天橋；5月17日成立高砂製糖會社,並於於蕃薯藔廳旗尾庄興建的「旗尾製糖所」，在糖廠興建的同時該會社也鋪設後來的旗尾線鐵道（九曲堂－旗尾）；8月旗尾鐵道工程於開始，分成第一區「九曲堂─嶺口」與第二區「嶺口─旗尾」，其中工程最難的是第一區龍目井到大樹腳庄部分； 11月10日配合「臺南製糖株式會社車路墘製糖所」（今 仁德糖廠）開業之運輸需要，原車路墘停車場遷於原址北方1.5㎞處，即今保安車站；舊台東線花蓮港－璞石閣（今玉里）間動工；田浦車站站房建成，採磚木混合構造，面積74.4平方公尺。
1910年2月1日開始建設花蓮至璞石閣（今玉里）間的輕便鐵路，採762mm軌距，但也前瞻性地保留了1067mm軌距的建築標準，以期日後能與西部縱貫線相互銜接；3月設立鳳林停車場，以臺車方式先營運；4月1日旗尾線「九曲堂─嶺口」「嶺口─旗尾」完工；8月20日旗尾線正式核准營業，最初只有九曲堂、大樹腳、溪埔、嶺口、溪州、蕃薯藔、旗尾七個車站（停車場），而由於有這條鐵道，九曲堂到旗山28.5公里,只需1小時又40多分鐘；9月高砂製糖會社與鹽水港製糖合併；9月14日原林本源製糖二林線（田中─二林）開業；11月7日高砂製糖會社正式解散，旗尾鐵道連同旗尾製糖所便改歸鹽水港製糖所有；12月1日舊山線設「大安溪(今舊泰安)信號場」；12月16日花蓮港驛開業(在原舊站之地)，設立荳蘭驛(昔日田浦)，開始營業，設鯉魚尾驛(今壽豐)；高雄市逐漸發展。
1911年3月20日配合南靖糖廠興建，乃將距基隆端304.4公里的水窟頭驛(今水上)遷移至現南靖車站； 7月15日「溪口驛」開業；8月30日台中車站設置台中保線區，興建保線事務所；9月25日設「知伯乘降場」(今志學)，因早年此地產「志哈克樹」（阿美語：chiak，植物名為杜虹，又稱做台灣紫珠），樹名遂成社名，日文音譯為「知伯」。
1912年1月25日鳳林設站；基隆至臺北路段修築雙線完工；7月1日舊山線大安溪(今舊泰安)信號場升為車站；12月4日旗尾線之「旗尾-竹頭角」開始營業，全線共39.4公里，蕃薯藔驛(旗山火車站)站體創建以八角形尖頂彷如西方童話世界裡的小屋，然而三角形屋頂、山牆和內部骨架儘是日本傳統建築工藝，特別是當時相當流行的「褲腰屋根」，更是滿滿的日本風，如此一來，整體建築構成一種獨特且深富多重視覺享受的和洋混搭式樣，至今仍顯得輕巧與別緻；銜接阿里山森林鐵路至阿里山；中華民國建立後，12月間羅福星在台中縣徐香家中設立革命組織，於東勢角、南投莊、埔裏社等地招募陳阿榮等革命志士85人，原本預定於12月間在南投舉事，並策動南北各地響應，結果事機不密，陳阿榮等幹部遭日警逮捕，醞釀中的起義因而失敗，史稱「南投事件」；[羅福星至臺灣成立同盟會支部，以大稻埕（今臺北市大同區境內）為活動範圍進行地下抗日運動，往來於臺北及苗栗之間，以華民會、同盟會、三點會及革命會等集會爭取、招募更多抗日同志，並從大陸走私武器運至臺灣，主張以革命推翻日本殖民統治，羅福星提出「驅逐日人，收復臺灣」的口號，宣稱一旦起事，中國就會立即出兵上千人前來。
1913年2月羅福星提出「驅逐日人，收復臺灣」的口號，宣稱一旦起事，中國就會立即出兵上千人前來，已經擁有約五千名會員, 並已密謀起義抗日；4月羅福星在台中縣策動張火爐設立革命組織，於大墓甲、下罕蘭、大湖等地招募抗日志士。原本預定在台中的大甲與新竹的大湖兩地同時舉事，結果被人告密，張火爐等志士遭到逮捕，起義未發而敗，史稱「新竹事件」；在新竹事件的同時，羅福星也在台南策動關帝廟人李阿齊設立革命組織，李阿齊於五甲莊設定革命基地，招募志士，原本預定農曆十月間舉事，結果也被日警偵破，李阿齊遭到逮捕，起義未發而敗，史稱「台南關帝廟事件」；5月1日設立豐田乘降場（招呼站）；9月日本警察大湖支廳一批槍隻遭竊，警方循線追查，羅福星在各地建立的組織一一遭到偵破；11月20日設「馬太鞍」驛(今光復)；經過前幾次抗日失敗後，羅福星策動苗栗人賴來到台中繼續發展革命組織，並擬訂先襲擊東勢角支廳，奪取日方軍械彈藥後，再攻撀葫蘆墩、大湖、苗栗等地，最後集中人馬攻佔台中，為復興全台打下基礎；12月1日清晨賴來率領抗日志士數千人，以刀槍攻擊有日警駐守的東勢角支廳，雖然殺了數名日警，但賴來中了流彈受傷，在群龍無首的情況下，加上日警反擊火力強大，眾人遂潰散而逃，在日警追捕下，共有21人被俘，起義因而失敗，史稱「東勢角事件」；12月16日羅福星逃到淡水，準備搭船暫避大陸，然遭警方發現，根據羅福星身上所帶黨員名冊，警方也逮捕了相關人士，在遭破獲的組織中，只有賴來在東勢角領導的組織，曾經攻擊東勢角警察支廳，其餘成員皆不曾參與過實際行動，日本總督府在苗栗成立臨時法院，依情節不同，對參與人士分別進行審訊，史稱苗栗事件，在這次事件中，有921人遭到檢舉；12月20日九曲堂－阿猴（屏東）段通車長7.2公里，設「阿緱驛」(今屏東)，又設「六塊厝」站，當時因應前往競馬場（即跑馬場，戰後無再復業）旅客之便利而增設，此地於早期時只有五、六戶人家而已，故稱為「六塊厝」；12月29日臺糖設立大莆林驛(今大林)，屬於新高製糖株式會社,由於路線可達北港，便於北港朝天宮進香，當時亦以「進香鐵道」之名招攬旅客，今已廢止, 已無遺跡，僅殘留車站北邊路段的三軌線；大道埕車站改貨運站；華山-台北完工1.2公里。
1914年1月29日設吉野驛(今吉安)；2月16日在羅福星的根據地苗栗設立臨時法庭，對五次事件的參與者進行集中審判，因而稱之為「苗栗事件」；2月27日「南勢信號場」(今南勢火車站)改為「南勢驛」，三等站，辦理客貨運業務；3月3日發生於1913年12月16日苗栗事件，臨時法院宣判，578人獲得不起訴，另有4人受到行政機關處分，實際遭起訴者，被判死刑者20名，有期徒刑285名，34人無罪，以羅福星為首的20位反抗者，在臺北刑務所（後來的臺北監獄）分批送上絞刑臺；3月8日設「拔仔停車場」(今富源)，「拔仔」，音譯自阿美語「真白的溪流」，又設馬里勿乘降場（招呼站），萬榮原名「馬里勿」，在阿美族語中為「上坡」之意，日治時期日本政府為運送林田山林場之木材於設立馬里勿乘降場，為本站創建之緣起；設立水尾乘降場(今瑞穗)。
同化（內地延長主義）時期（1915年－1937年）
1915/05/01 - 1918/06 安東 貞美（あんどう さだよし）6
1915年1月26日水尾乘降場改為水尾停車場(今瑞穗)；創辦首部汽動車運轉；四腳亭車站隨瑞芳線（全線貫通後改稱宜蘭線）開通，於5月5日啟用；；9月16日林田(今南平)開業。
1916年9月10日豐田驛站房等設施完工設站；11月1日設「初音停車場」(昔日干城火車站)；淡水線營運區間為北門－北投路段；埔里製糖所(埔里副產加工廠)，始以台車運送糖到車埕車站將生產的糖運出，在車埕車站前有許多台車停放，站名因此而來。
1917年3月21日台中車站第二代車站主體建築完成( 今台中車站 )；9月22日花蓮港-玉里間鐵路完工，水尾停車場改為瑞穗驛，「璞石閣驛」(今玉里)開業；9月26日驛名隨地名改為壽（ことふき；Kotobuki）(今壽豐)，為臺灣鐵路有史以來唯一一個採用一字站名的車站；11月1日設「三笠驛」，地名由來以當地山姿優婉、彷彿奈良三笠山，而取名為「三笠」(今三民)，又設「末廣」驛(今大禹)，「末広」日文念作すえひろ（suehiro），「璞石閣驛」改名為「玉里」。
1918/06/06 - 1919/10 明石 元二郎（あかし もとじろう）7
1918年日人遷建臺北站站場於今北平西路；7月1日艋舺站向西遷移至現址，改建為融合東、西建築特色之木造站房；「知伯乘降場」改為「賀田驛」(今志學)，以紀念賀田金三郎開發東部；11月1日設平林停車場(今林榮站) ，馬里勿改名為萬里橋驛(今萬榮站)，設「大和停車場」(今大富)；建築九曲堂－阿猴（屏東）段開工；「彰化驛」第二代站房完工。
文官總督時代
1919/10/29 - 1923/09 田 健治郎（でん けんじろう）8
1919年3月24日宜蘭、二結、羅東、冬瓜山(今冬山)、蘇澚(今蘇澳)設站；宜蘭線南段（蘇澳－礁溪）與北段（基隆－瑞芳）於通車，基隆－台北雙線通車（首段雙線路段通車）；5月5日八堵-瑞芳段通車，八堵車站成為分歧站、設「暖暖假乘降場」、設瑞芳驛；5月17日花蓮至璞石閣（今玉里）間的輕便鐵路完工，共費時7年4個月及434萬日圓；10月雙溪員站名頂雙溪驛,係一日式木造站房；11月15日設立礁溪站；貢寮興建時原訂驛名控子，但實為挖子之筆誤；11月16日「頓物驛」(今竹田)開始營業，此地在清朝光緒年間稱「頓物」，頓物客語是堆積囤放的意思，以前這裡是米穀轉運站，囤放很多米糧，所以叫「頓物」，而因為這裡是水路轉運站，因而得名，又西勢設站；12月16日台東開拓會社所建卑南（今臺東）-里壠（今關山）間的鐵路通車；由於隨著臺灣經濟日益繁榮，原有的山線已不足應付運輸量，開始興建海線，竹南-彰化動工；基於台灣電力株式會社興建日月潭門牌潭發電所（日月潭第一發電所，現大觀第一發電廠）、日月潭第二發電所（現鉅工發電廠）的運輸需要，集集線開始興建；原「大肚停車場」(今成功前身)廢止，原址北0.4哩 新設王田停車場；；日本派任田健治郎為臺灣首任文官總督，開始大量建造各項基礎建設，如自來水、電力、公路、鐵路、醫療、教育，為推動「農業臺灣，工業日本」的政策，鼓勵臺灣農民種植蔗糖、稻米，並大量開採金、銅、煤礦、森林、食鹽等臺灣自然資源，以供應日本內地工業所需，同時，日本重新劃定臺灣行政區域，對重要的都市進行「市區改正」的工作，擬定都市計畫，改變過去臺灣常見的清末閩南風格的鄉鎮風光，使得街道風貌漸為西化或閩南與西洋風格共處，並規劃全臺道路橋樑、公園綠地、自來水與下水道、電氣工程、衛生機構、政府廳舍等， 另一方面，出於殖民政策的考慮，日本對臺灣人進行愛國教育，雖然在教育制度上對臺灣本地人並沒有明文限制，但是臺灣人仍有差別待遇或歧視，日本人在山區設蕃人公學校、蕃童教育所，平地設小學校與公學校，並沒有規定臺灣人不能到小學校上課，但因為小學校學費高，所以學生大多是日本人子女與臺灣的富家門第的子弟，但日治時代的臺灣人，除了能接受醫學、農牧等技術性質高等教育，不乏是在日治時代修習文、法科而成就卓著者：如臺大文學院長林茂生、高等法院推事吳鴻麒、新竹地檢處檢察官王育霖（為臺灣人在日治時代第一位檢察官），臺南市名律師湯德章等，政府對推廣臺灣教育之普及亦有其功；台灣農工物資的出口隨著世界經濟發展而大為增加，但縱貫線舊山線十六份（今勝興）一帶的陡坡，造成路線上的瓶頸列車無法增加班次，造成不少貨物堆積於車站內無力運送，爆發「滯貨事件」，總督明石元二郎因而決定興建海岸線鐵路來疏運，但當時臺中市民對此激烈反對，認為新設之幹線不經臺中，會導致城市衰退，並號召全市罷工，唯在明石的強悍立場下，海岸線仍依原計畫興建，滯貨現象也確實因為路線改善而減輕不少。
1920年初期，當局在交通系統一元化政策下，將台東開拓會社興建的台東-里壠間的鐵路予以收買，改為官營；1月27日設立猴硐站；2月22日潮州設站；4月3日舉行重建台北橋木橋的開通儀式，而修復完成的木橋也僅供人車通行，並將淡水橋改名臺北橋；；4月25日設「頭圍」驛；7月1日冬瓜山站改為「冬山」；9月4日，淡水河暴漲造成臺北橋樑受損；10月蘇澚改為蘇澳名；10月1日隨著臺灣行政區劃改制，「頓物驛」改稱「竹田」，又「阿緱驛」地位於半屏山之東，故站名和地名同時改為「屏東」，又旗尾線站名亦由蕃薯藔改稱旗山，又打狗改稱高雄，站名遂從打狗停車場、打狗驛更名高雄驛，而過去由於財政因素採用的速成主義，導致臺灣總督府鐵道的品質其實有待改善，又「楠仔坑驛」改為「楠梓」，又「橋仔頭乘降場」改稱「橋仔頭驛」，又「阿公店驛」改為日式地名「岡山」（Okayama），又「半路竹驛」改為「路竹」，又「大湖街乘降場」更改為「大湖」，又「打貓驛」改為「民雄」，，又「灣裡驛」改稱今善化火車站；「他里霧驛」改名「斗南」站，本站為臺灣日治時期改建的最後一個火車站，又潭子墘駅改為「潭子車站」，又葫蘆墩駅改名為「豊原駅」，又後里庄改為「後里(今后里)」，又舊山線大安溪(今舊泰安)車站改為「大安」，又銅鑼灣(今銅鑼)驛改稱銅鑼車站，又後壠(今豐富)驛改稱「後龍驛（舊）」，又中港站改稱為竹南站，因山海線地位升格一等站；10月7日三叉河驛改稱「三叉(今三義)驛」；11月22日設「新城」站(現今新馬站)，又「中洲庄乘降場」配合更改為「中洲」沿用至今，又「新市街驛」改稱今新市火車站，又「水堀頭」改為「水上」(今南靖) ，又臺鐵大莆林驛改稱大林,臺糖大莆林驛改稱新高大林，又「二八水驛」改為「二水」，又「田中央驛」改為「田中」，又「茄苳腳驛」改為「花壇」；12月10日宜蘭線大里、大溪、龜山、外澳設站；枋橋改稱板橋；艋舺站改稱「萬華驛」；錫口改為「松山驛」；12月15日海線大甲溪南段通車新設大肚驛，即今本站，原山線大肚驛改名為王田驛，即今成功車站，又今龍井設站(初設當時站名的日文發音讀作「Ryūsei」)，是配合海線大甲溪南側路段通車而一同設置的新車站之一，又海線自台中線王田驛（今成功車站）首先通車至清水，當時稱為「王田支線」，又「沙轆驛」開業，又「清水驛」開業原先的車站是木構建築，屋頂為黑瓦，牆面則為真壁——由竹子、黃泥、稻草與石灰混合而成——，外面另以木條交叉為裝飾，自台中線王田驛（今成功車站）至清水，此後陸續推進；12月25日海線大甲溪南段通車新設大肚驛（今大肚車站）；由於汽車（自動車）興起，影響鐵道運輸，旗尾線鐵道已改歸臺灣製糖所有的旗尾製糖所；改水返腳站名為日式地名「汐止」；原溪州改稱南州，名稱亦改為南州支線。
1921年1月22日隨著新店線「萬華－公館」段正式通車而啟用，萬華並成為端點站；2月25日設「四結乘降場」(今四城)；；6月1日改為「拔子停車場」(今富里)，又海線原「Ryūsei」(今龍井)站名的日文發音改為訓讀的「Tatsui」；10月1919年興建的集集線完工啟用，（時為台灣電力株式會社專用支線）；基隆-八堵動工；瑞芳木造站房完工，平溪線（瑞芳－平溪段）營運；續築璞石閣（今玉里）-里壠（今關山）間的鐵路。
1922年1月14日集集線(二水-外車埕)開始辦理附掛客運業務，設鼻子頭(今泉源)、名間驛(今濁水)、隘寮(今龍泉)、「集集驛」、水裡坑驛(今水里)、「外車埕驛」(今車埕)；3月31日名間驛改濁」驛；4月20日收購台東開發公司所經營的台東鐵路，改名台東南線，營運範圍臺東-里壠，原台東線花蓮港-玉里路段，改名為台東北線；「里壠驛」(今關山)開業，又里壠至台東間完工通車，鹿野設站，鹿野地名之由來有二：一說此地昔日為荒野之地，時有群鹿棲息其間，故稱為「鹿野」，另一說法是日治時期日人於此區設置移民村，因招募日本新瀉縣鹿野農民移住，遂將原地名鹿寮改為鹿野，又設立「日奈敷乘降場」(昔日檳榔站)，日語「日奈敷」讀「hinashiki」，取自當地部落名「檳榔樹格」（pinaski），又設「馬蘭驛」，又設「台東驛」；5月10日月野驛(月美)開業，又設「大原」驛(今瑞源)開始營業，「大原」原稱為「大埔尾」,日治初期日人移居此地，改名為「大原村」，設站時取其村名作為站名；5月16日「三貂嶺」驛開業；10月11日海線竹南－清水間，及追分－彰化間路段通車長91.2公里，王田支線名稱取消，海線正式取代山線成為縱貫線主線，縱貫線基隆－高雄間全長406.1公里，並在通霄車站舉行海線鐵路通車典禮，稍後又設追分驛（今追分車站）直通彰化，貨運列車行經竹南（或彰化）時改走海線，使得運輸問題從此大為改善，又設「甲南驛」(今台中港火車站)、「大甲驛」、「日南驛」；收購「台東拓殖株式會社」之台東線（里壠（今關山）－台東路段41.9公里），又海岸線通車，另設距後龍聚落更近的後龍驛（今後龍車站），原山線後龍驛遂改稱「北勢(今豐富)驛」，又海線延伸至竹南，同時新設追分驛（今追分車站）直通彰化，王田＝追分間的路段，後來歸為臺中線(山線)名義區間，即為現今的成追線；板橋改建為木造站房；「彰化驛」興建扇形車庫，與跨站天橋。
1923/09/06 - 1924/09 內田 嘉吉（うちだ かきち）9
1923年4月19日日本皇太子裕仁（後為昭和天皇）抵台中巡視，學生民眾列隊於台中車站歡迎；7月14日設「大埔停車場」(今瑞和)開始營業；屏東－南州（屏東線）路段通車22.4公里；通車至溪州，10月11日雙溪站初名雙溪停車場，又溪州停車場（今南州車站）開始運輸營業；10月12日經由地方名望周鐘聲先生與「台灣總督府鐵道部」請求後，因而撥出土地建成現址暖暖車站；11月第二代岡山車站興建，為日式古典木造建築；12月15日王田支線（海線的一部分及成追線）王田─清水間路段通車。
1924/09/01 - 1926/07 伊澤 多喜男（いざわ たきお）10
1924年4月27日安通車站設站；基隆和蘇澳之間的宜蘭線1917年動工，因為經費不足全線至該年才完工95公里，把宜蘭和台北首次以鐵路連接起來；騰雲一號退役；5月1日設「大庄驛」(東里舊站)開始營業，又東竹設站，初設時站名為頭人埔驛，據說此地昔日有一酋長強佔此地，不許外人來此放牧，故將此地稱為「頭人埔」；8月27日設「新武呂驛」(今海端)，以車站旁新武呂溪命名；9月1日池上至里壠間完工通車，池上設站，此地剛好位於「大陂池」之上方，故稱為「池上」；12月1日雙溪更名頂雙溪驛；因雙溪「そうけい」（sokei）和礁溪「しょうけい」（shokei）二站的日文發音類似，為避免混淆才更名，同日宜蘭線鐵道全通，亦設立貢寮庄停車場、澳底停車場。
1925年6月1日日本秩父宮雍仁親王至台中；11月14日原廢止「蔦松庄停車場」(今永康)復設「永康信號場」為不辦客運號誌站。
1926/07/16 - 1928/06 上山 滿之進（かみやま みつのしん）11
1926年1月20日設「公埔」(今富里)停車場；昔日少有私有放牧場，而此地建有一平埔族公有放牧場，故將此地稱為「公埔」；3月25日花蓮港-玉里、臺東-里壠兩線連接全線通車，舊台東線玉里-關山41.4公里完工，完成總長171.8公里的台東線鐵路，於璞石閣舉行全線通車典禮；基隆-八堵3.7公里完工；生野團六擔任臺灣總督府交通局長後，一反昔日姑息政策，針對鐵路提出了一連串的改良計畫，其中鐵道部也提出以700萬改善基隆、臺北、高雄三站的改良計畫，但最後因為財政因素僅通過以50萬改良高雄驛的預算，高雄與臺南之間的複線工程也逐漸進行；4月10日日本高松宮宣仁親王至台中參觀中部共進會。
1927年4月台灣總督府收購台灣電力株式會社經營之集集線；4月日本鈴木商店倒閉，連帶影響關係密切的鹽水港製糖，鹽水港製糖為清償債務而將旗尾製糖所與恆春製糖所轉賣給臺灣製糖；5月1日台灣總督府進行集集線路線改善，成為鐵道部所轄支線； 12月31日鹽水港製糖為清償債務而將旗尾製糖所與恆春製糖所轉賣給臺灣製糖產權完成讓渡；台北-竹南雙線、台南-高雄雙線動工；台南-高雄間雙軌化施工需要及舊站房不敷使用而拆除，同年新建二代站房。
1928/06/15 - 1929/07 川村 竹治（かわむら たけじ）12
1928年3月起旗尾線改用機動車車頭載客，並訂做新車廂、增加班次，改善服務品質；騰雲一號1924年退役後，1928年才委由台灣總督府博物館（今國立台灣博物館）保存安置於台北新公園（今二二八和平紀念公園）內，另一部抵台的御風二號則遭日本解體報廢變賣。
1929/07/30 - 1931/01 石塚 英藏（いしづか えいぞう）13
1929年7月10日收購「台陽礦業株式會社」經營之平溪線，10月1日正式辦理客貨營運業務；又10月1日由淺野水泥株式會社（浅野セメント株式会社）所建「田町驛」(今鼓山站)；平溪線（平溪－菁硐段）營運。
1930年2月2日縱貫線舊楊梅木造車站拆除，拆除的材料遷建至集集站完工；4月1日舊山線十六份(今勝興)信號場（號誌站）升為驛（車站），又因苗栗車站第一代木造站房不敷使用，改建為磚造車站，苗栗車站進入第二代車站時期；4月10日由八田與一規劃監造的嘉南大圳及烏山頭水庫順利通水使用，成為世界第三、亞洲第一的大型水利工程設施，使嘉南平原多達150,000甲的土地擁有充沛水量。
1931/01/16 - 1932/03 太田 政弘（おおた まさひろ）14
1931年3月1日臺北－竹南間雙軌完成通車；8月1日臺鐵設山下町臨時停車場(昔日壽山)，又設立「東門町驛」(原台南東門火車站)，因位於東門町得名,僅停靠汽油車，臺糖約於新樓醫院前，昔日可與臺鐵轉乘，今無蹟可尋。
1932/03/02 - 1932/05 南 弘（みなみ ひろし）15
1932/05/27 - 1936/09 中川 健藏（ながかわ けんぞう）16
1932年4月1日「浮洲臨時停車場」開業，專停汽油車；12月15日「永康信號場」改稱「永康停車場」始辦理客貨運業務。；瑞芳輕便鐵道營運；臺灣總督府糖業試驗所由臺南州新化郡新化街（今臺南市新化區）遷至南臺南車站，南臺南車站古地名為大路東，意即大馬路（今台1線）之東側。
1933年6月嘉義車站本體改建；9月高雄與臺南之間複線工程完工後，便以臺南驛為中心進行列車時刻改正，增加列車班次； 10月20日設立試驗所前乘降場，為南臺南車站前身，為僅停靠汽油車之通勤車站；隨著鐵路客運量與貨運量顯著增加，臺鐵高雄車站漸不敷使用，因此配合都市計畫，於當時仍屬未開發地帶、腹地寬廣的大港埔興建新車站，另外也一併將新車站周圍的新市區開發納入考量，新車站動工興建。
1934年4月20日應當時木瓜山林場的請求而設立今平和站，因地處鯉魚潭的南方，故稱為池南；台鐵「新營驛」重建為第二代站房； 4月21日中部大地震,臺中車站主體受損嚴重；11月1日永靖設汽油客車臨時停車場（臨時車站），又「大村臨時停車場」開業，僅停汽油車；臺糖新高大林改稱大林。
原舊山線魚藤坪斷橋(龍騰斷橋)於1906年4月30日興建，1907年6月1日完工 (2016.4.14臺鐵),又名龍騰斷橋，位於苗栗縣三義鄉龍騰村，為縱貫線鐵道（後屬臺中線）全線開通前一年（即1907年）所興建完成的磚造橋墩橋樑。此橋於1935年新竹台中地震發生時被震毀，造就此一斷橋之景象，1999年之921大地震又造成第四號橋墩上半部被震毀崩落。
1935年4月21日清晨6時2分16秒震央位於臺中市北北東30公里的大安溪中游，因震央位於苗栗縣三義鄉鯉魚潭水庫及關刀山一帶，又名關刀山地震，又因為位於內埔屯子腳（舊稱「墩仔腳」，臺中市后里區）及清水街（臺中市清水區）一帶的災情最為慘重，又名后里大地震、清水大地震或墩仔腳大地震，芮氏規模7.1，造成新竹州及台中州（新竹縣市、苗栗縣、台中市）3,276人死亡，12,053人受傷，房屋全倒達17907戶，半倒則有36781戶，是自1906年梅山地震後再度重創臺灣的地震，也是臺灣有史以來傷亡最慘重的自然災害，舊山線遭受地震破壞，當時的泰安(大安)站內尚有一列北上22次普通列車停靠該站，因地震破壞山線，隧道、橋樑、鐵軌損毀至鉅，該列車只好就地停放，直到三年後山線修復通車才被拖出修理，十六份(今勝興)信號場驛站房無礙，又苗栗站房與苗栗機關庫於新竹－臺中地震震毀，之後重建，大地震後舊山線3.4.5.6號隧道改建的水泥隧道，又原舊山線魚藤坪斷橋(龍騰斷橋)被震毀，造就今此一斷橋之景象，又舊山線鯉魚潭斷橋(內社川鐵橋)在震災中毀壞，因兩端緊鄰隧道，於是在原地重建新橋墩，並改成下承式花樑，又舊山線大甲溪鐵橋在震災中毀壞，又清水車站初代車站被震毀；4月29日台灣總督府設置「震災地復興委員會」（訓令第25號）推動災後復興事業，並陸續於新竹、大武、新港（成功）、宜蘭等地設立地震觀察站，以增強對地震的觀測與瞭解；11月6日竹南車站因同年4月24日台中大地震受損，車站改建為鋼筋水泥站房啟用；11月7日台南-高雄46.5公里雙線完工（縱貫線北段全線雙線化完成），後庄站由打狗驛分離，正式升為一獨立運作之車站，鳳山站於原址新建磚造結構站房；12月清水車站初代車站421被震毀重建；台北－竹南97.1公里雙線化通車；421發生大地震(台中州大地震)，勝興至后里一段短短數十公里柔腸寸斷，但這短短數十公里卻占了縱貫線當初近一半的工期，而魚籐坪斷橋就是當時地震造成的損傷，又舊山線七號隧道在震災中損毀，後來重建，北隧道口有後藤新平所題的「巨靈讓工」四字，南隧道口則有兒玉源太郎所題的「一氣通」三字。
後期武官總督時代
1936/09/02 - 1940/11 小林 躋造（こばやし せいぞう）17
1936年3月15日現今台南火車站站體竣工，共計費時兩年七個月，二樓附設鐵道旅館，其規模、設備之壯大完善為當時冠蓋全日本國台灣地區；高雄開發的舊市區（今哈瑪星與鹽埕區）已經趨近飽和，高雄州發表「大高雄都市計畫」，該計畫除將高雄市定位成重工業都市（尤以軍需工業為重點）外，也計畫在新的市區中心設置「高雄新驛」，由內而外為商業區、住宅區與工業區，並以設計作為貨運輸送骨幹的環狀鐵路（今高雄臨港線）作為市區界線；造橋車站改建啟用至今；5月清水車站初代車站421被震毀改建完成；日本帝國推行皇民化運動第一階段是1936年底到1940年的「國民精神總動員」，重點在於「確立對時局的認識，強化國民意識」。
皇民化政策時期（1937年－1945年）
1937年4月24日因1935年大地震倒塌的新苗栗機關庫車庫重建落成；5月1日宜蘭頂埔設站；11月1日「馬太鞍」改為「上大和」驛(今光復)，又頭人埔驛為與屏東縣竹田站有所區別，站名改稱東部竹田驛(今東竹)，又「公埔」停車場，因此地土地肥沃，地名和站名同時改為「富里」，又隨地名改稱荳蘭驛為田浦驛，當時為三等站，又將「真白的溪流」以日文意譯為「白川」，並將站名和地名一併改為「白川驛」(今富源)，又為與宜蘭線大里站有所區別，改稱「東部大里」驛(今東里舊站)，又「里壠驛」改為「關山」；鼓山-高雄、高雄-鳳山雙線動工；1937年代時旗尾線每年乘客數約有36萬上下，僅次於屏東驛和高雄驛而為高雄州內鐵道旅客運輸量的第三名。
1938年7月15日1935年4月20日新竹、臺中州大地震，舊山線遭受地震破壞，，此區隧道、橋樑、鐵軌損毀至鉅，山線修復完成，當時的泰安(大安)站內尚有一列北上22次普通列車停靠該站，被拖出修理，又大地震震後，魚藤坪橋已不堪使用，且橋體南北兩側均為急彎彎道，因此台灣總督府交通局鐵道部台中線震災復興事務所放棄改建原橋，而在原橋西側另行新建第二代魚藤坪橋竣工，以取代原來的第一代魚藤坪橋（即魚藤坪斷橋），又舊山線大甲溪鐵橋修復完成；民雄-嘉義雙線動工。
1939年9月20日將鐵路由花蓮港延伸到東花蓮港，初名東花蓮港驛(今花蓮港站)設站，第二次世界大戰期間，遭美軍炸毀；台南-新市雙向動工。
1940/11/27 - 1944/12 長谷川 清（はせがわ きよし）18
1940年1月17日林邊設站；6月台北站房再予重建；尚未營運的高雄（新）－鼓山路段2.6公里雙線化通車; 7月1日佳冬設站；7月19日東港線完工通車營運(自鎮安火車站分歧，經大鵬至東港,由臺灣鐵路管理局經營的傳統鐵路支線,全程6.2公里。) 為軍事運輸為其主要目的，又設社邊驛（位於南州鄉南安村）(今鎮安站)，東港往高雄或枋寮方向的旅客皆須於鎮安車站轉乘；12月樹林停車場改稱樹林驛；臺鐵高雄新車站完工；發生地震，斗六站房損毀。
1941年3月1940年時發生地震，斗六站房損毀，復建峻工； 6月21日三塊厝車站升為三等站；6月22日興建於大港埔的新高雄驛開始營運，而原本的第二代高雄驛則改稱高雄港驛，主要辦理貨運(高雄第一臨港線第一階段完成)，當時縱貫線上的客運列車改停新車站，貨物列車停舊車站，但潮州線客運列車仍會開到舊車站，後來潮州線客運改使用單輛汽油車行駛後，可在高雄港驛直接調頭轉向，繼續經山下町、田町、舊城等站開至臺南，新高雄站址距鳳山支線時代即有的三塊厝驛極近，稍後便在客貨運方面完全接替業務，終至廢止，新站造型類似「高」字型，有帝冠式屋頂的車站具有君臨天下的氣勢；7月1日設立隘寮溪信號場(今麟洛)，管理石碴支線；11月1日配合人口分佈及地方發展需要，永康停車場在東側今址新建驛舍；12月15日南州至枋寮的屏東線路段18公里通車，枋寮設站，為西部幹線終點站；原1908年9月19日停止營業石榴班驛復設「石榴班信號場」；日本帝國推行皇民化運動第二階段是1941年到1945年的「皇民奉公運動時期」，主旨在驅使臺灣人為日本帝國盡忠，「鼓勵」臺灣人說日語並推行日式教育，改姓日本姓氏，穿日本服飾，奉祀傳統日本信仰神道教，全盤接受日化生活。
1942年3月5日永康新站房無電燈設備的問題解決，西側舊站房悉數遷至東側今址；1941年12月17日嘉南地區發生大地震，水上驛(今南靖)木造站房被震毀，開始重建；嘉義-民雄間雙線完工，兩站相距9.3公里，中間無號誌站，在臺中線新三義隧道完成以及嘉北車站啟用之前，為西幹線站間距離最遠之兩站；「大村臨時停車場」不再有車停靠，戰後亦未復站。
1943年4月竹南新建南號誌樓；「日奈敷乘降場」改稱「日奈敷停車場」(檳榔)，仍為原住民語音譯；第二次世界大戰期間，由於整個大高雄被劃為「要塞地帶」，高雄港驛等重要設施禁止攝影，要發行風景明信片譯得先經過審閱後才能發行，而隨著戰況惡化，臺灣的鐵路運輸也逐漸受到影響，甚至後來到了白天不敢行駛火車的情況，當時由高雄港驛鄰近高雄港等重要設施，遭到美軍大幅轟炸，車站軌道設施近乎全毀，第二代高雄驛站房全被燒毀，扇形車庫也遭重創，據說當時沉重的轉車盤也被炸飛；8月二次大戰末期，戰略上日軍為防止盟軍自恆春半島登陸臺灣，且鋼鐵原料不足林邊-枋寮間因戰時需要而拆除，營運客車車廂從戰前497輛減少至1945年時的428輛（2萬5701位）；10月17日設置南臺南停車場(原試驗所前乘降場)，位於臺南市竹篙厝七一二番地，距臺南3.3㎞，車路墘4.3㎞，僅負責軍用支線之整車貨運，又因太平洋戰爭爆發，苗栗車站遭空襲轟炸擊中全毀，之後再次重建。
1944/12/30 - 1945/10 安藤 利吉（あんどう りきち）19
1944年高雄臨港線苓雅寮大橋完成，銜接起高雄港站與製鋁工場；10月12日花蓮港驛遭美軍炸毀；1944年二戰空襲,台中車站受損。
1945年斗南站房改建，本站為臺灣日治時期改建的最後一個火車站。
1945年日本當局全面實施徵兵制，召集臺灣人從軍或負擔軍隊勞役，投入中國及東南亞戰場；1944年後，受到盟軍25次大空襲影響，受波及的臺灣農工生產值於戰爭結束前的1945年降到最低點；昭和天皇頒布《關於朝鮮及臺灣住民政治參與之詔書》，日本帝國同時通過眾議院議員選舉法改正案，給予臺灣人與日本內地相同的參政權及參戰權；8月14日昭和天皇發表《終戰詔書》宣布無條件投降，二戰結束；8月17日發布《一般命令第一號》第1條甲項規定，須向盟軍將領蔣介石將軍投降； 9月2日日本投降計約日治50年。
