牡丹江鐵路局在新中國成立前後各建立過一次。
第一次建局是1946年10月1日至1948年9月1日。撤銷林口鐵路分局,成立牡丹江鐵路管理局。下屬有林口、佳木斯、雞西、綏芬河、鹿道和圖們6個鐵路地區辦事處。負擔東滿鐵路運輸。1948年9月,東北鐵路總局決定成立吉林鐵路管理局,撤銷牡局,將牡局所轄線路分別劃歸哈爾濱和吉林鐵路管理局。局界設在牡圖線海浪、溫春間233公里處。哈局在牡丹江成立鐵路分局。
第二次建局是1958年1月1日至1963年3月31日。管轄範圍是原屬哈局的牡丹江鐵路分局、林口鐵路分局,以及佳木斯鐵路分局勃利—東佳木斯段的線路。營業里程1195.9公里,年貨物2124.61萬噸,年客運1500多萬人。1962年,局機關設有23個處室,並先後在林口、雞西、綏芬河、牡丹江和橫道河子等地區設立鐵路辦事處。牡局撤銷併入哈局後,設牡丹江鐵路分局。