Bau und Inbetriebnahme der Strecke

1851 wurde mit dem Bau der Strecke begonnen. Nachdem die Bauarbeiten wegen des Krimkrieges ab 1853 unterbrochen werden mussten, wurde 1858 zunächst nur das 45 Kilometer lange Teilstück in die Residenzstadt Gattschina eröffnet. 1859 konnte die Strecke bis Pskow (Pleskau) verlängert werden und am 4. September 1860 erreichte der erste Zug Wilna. Die gesamte Eisenbahnlinie bis zum Endbahnhof in Warschau (Dworzec Petersburski), der nach dem Bahnhof der Warschau-Wiener Eisenbahn, Dworzec Wiedeński (dt.: Wiener Bahnhof, dessen Funktion als Fernverkehrsbahnhof heute Warszawa Centralna übernimmt) der zweite Bahnhof Warschaus war, wurde im Dezember 1862 in Betrieb genommen.

1895 wurde die Warschau-Petersburger Eisenbahngesellschaft verstaatlicht und 1906 mit der Baltischen Eisenbahn, die die Linie zu den estnischen Hafenstädten an der Ostsee betrieb, und der Pskow-Rigaer Eisenbahn zur Nord-Westlichen Eisenbahngesellschaft (russ. Северо-Западные железные дороги/translit. Severo-zapadnye želesnye dorogi) zusammengelegt.

Schon im Jahr zuvor, 1861, war eine abzweigende Strecke von Vilnius zum Bahnhof Wirballen (Станція Вержболо́во/translit.: Stancija Veržbolovo) in Kybartai an der russisch-preußischen Grenze fertiggestellt und dort der erste Übergang zwischen russischem Breitspurnetz und europäischem Normalspurnetz eröffnet worden. Das kurze Verbindungsstück zum Grenzbahnhof Eydtkuhnen (heute russisch Чернышевское/translit.: Černyševskoje) der Preußischen Ostbahn hatte Gleise beider Spurweiten.

Nach dem Ersten Weltkrieg

Während des Ersten Weltkrieges wurden Teile der Eisenbahnanlagen schwer zerstört, unter anderem die Brücke über die Memel bei Hrodna. Der Petersburger Bahnhof in Warschau wurde vom abziehenden russischen Militär 1915 gesprengt.

Nach dem Ersten Weltkrieg, dem Polnisch-Sowjetischen Krieg und den polnisch-litauischen Auseinandersetzungen um Mittellitauen bestand der Zugverkehr nur auf Teilstrecken. Die Strecke von Wilna über Grodno, die nun zu Polen gehörte und in die polnische Hauptstadt führte, war jetzt als Normalspurstrecke in Betrieb. 1927 wurde in Warschau an Stelle des Petersburger Bahnhof ein neues Bahnhofsgebäude und ein Gebäude für die Eisenbahndirektion errichtet. Der Bahnhof wurde nun Wilnaer Bahnhof (Dworzec Wileński) genannt, diesen Namen trägt er auch heute noch.

Situation heute

Nach dem Zerfall der Sowjetunion ist die Strecke nicht nur in einen normalspurigen und einen breitspurigen Teil geteilt, sondern auch auf fünf Länder aufgeteilt (Russland, Lettland, Litauen, Belarus, Polen), wobei die Linie dreimal die EU-Außengrenze kreuzt. Daher verlassen durchgehende Züge von Warschau (Warszawa) nach Wilna (Vilnius) die Strecke in Białystok und erreichen Litauen am Grenzübergang Mockava bei Šeštokai. Züge von Warschau nach Sankt Petersburg machen einen Umweg über Minsk. Zwischen Białystok in Polen und Grodno (Hrodna) in Belarus verkehren jedoch Regionalzüge der PKP.

Der zu Russland gehörende Abschnitt zwischen der lettischen Grenze und Sankt Petersburg untersteht der Regionalgesellschaft der RŽD in Sankt Petersburg (russ. Октябрьская железная дорога, transkr. Oktjabrskaja schelesnaja doroga). In Sankt Petersburg enden die Züge im Witebsker Bahnhof; bis 2001 war Endpunkt der Warschauer Bahnhof. Nach einem Umbau befand sich dort vom 1. August 2001 bis 2007 das Russische Eisenbahnmuseum. Das Bahnhofsgebäude ist seit 2005 ein Einkaufszentrum.

Innerhalb Polens wird die Strecke von Warszawa Centralna bis Białystok im Fernverkehr genutzt. Im Wilnaer Bahnhof in Warschau, der 2000 neu gebaut und mit einem Einkaufszentrum verbunden wurde, enden die Vorortzüge der Koleje Mazowieckie aus Małkinia.

Zwischen Vilnius und Sankt Petersburg verkehren Nachtzüge der RŽD. Innerhalb Litauens verkehren in Richtung Süden täglich je drei Regionalzüge der LG von Vilnius nach Varėna und Marcinkonys. In Richtung Norden verkehren von Vilnius aus sieben Regionalzüge, davon fünf nach Turmantas und bis zu zwei weitere nach Ignalina.

Im Rahmen des Rail-Baltica-Projekts soll die zurzeit wenig leistungsfähige Umfahrung von Belarus über Šeštokai als Verbindung zwischen Polen und Litauen ausgebaut werden. Dabei wird auch der auf der ehemaligen Warschau-Petersburger Linie liegende Abschnitt Warschau–Białystok–Sokółka mit Mitteln der EU modernisiert.