1932年9月，阎锡山以“开发西山，造产救国”为名，由西北实业公司以低价收买了在西山白家庄土法采煤的私营庆丰窑煤矿，并进行地质调查和划定矿区，筹建西北煤矿第一厂。为供应同蒲线工程施工用水泥，在西铭村对岸修建西北洋灰厂。为了煤炭和水泥的外运，西北实业公司对修建西山支线和洋灰厂支线进行经济分析后，决定投资修建西山支线，并在西山支线接轨修建洋灰厂支线，遂与晋绥兵工筑路局签订修建合同。

1932年10月，晋绥兵工筑路总指挥部派测量队勘测西山支线，拟修建75厘米轨距轻便铁路。路线由太原总站（现太原东站）出岔，经太原北关越汾河，顺虎峪沟而上，经南寒村、虎峪村至白家庄煤矿，全长16.4公里，区间最大坡度25‰，桥涵少，线路短，比较经济。后考虑到煤矿建设后的增产和洋灰厂投产后运量的增加，便于和同蒲线接轨等情况，改为采用1米轨距铁路。

1934年1月，西山支线工务分段派测量队完成定测。路线由太原总站出岔，绕太原北关由旱西门向西越汾河，在北寒村附近过玉门沟、虎峪沟后至白家庄西北煤矿第一厂，全长19.54公里。设小北门、大洼流村、白家庄站；区间最大坡度18‰，最小曲线半径100米；采用15.9公斤／米钢轨；全线投资(包括桥隧)概算为384770银元。

1933年12月10日西山支线开工，由阳曲县招雇民工1000人、兵工及包商分别承作土方。1934年8月，正线路基土石方工程全部完工。桥涵44座，其中：6座汾河大桥为全线关键工程，由兵工承做，1934年4月1日开工，7月完工；其他2座大桥和36座小桥涵由包商承作，于1934年5—8月相继完工。铺轨任务由兵工担任。1934年8月1日，由太原开始向白家庄方向铺轨；8月21日，铺轨到洼流村站；9月6日，太原至大洼流村站通车运营；9月27日，铺轨到白家庄站，全线通车运营。西山支线正线铺轨19.54公里，站、岔线铺轨6.75公里。

由于同蒲线施工急需水泥，阎锡山曾数次督催西北洋灰厂加速建厂生产水泥，并决定修筑洋灰厂支线专门运送水泥和煤炭。1934年7月20日，晋绥兵工筑路局工程司吴沛恩率队开始勘测，当月测完。经过对测量方案的反复比选，西铭站设于水泥厂内，洋灰厂支线全长3.87公里。

1934年8月，西北洋灰厂的机器运抵太原，最重的15吨。为赶运机器及建厂材料，总指挥部决定沿玉门沟河槽先修铁路便线2公里至西北洋灰厂，9月16日开工，9月21日完工。

1934年8月15日，洋灰厂支线开工，由民工及少量兵工承作。1935年5月下旬，铺轨到西北洋灰厂，全线通车运营。洋灰厂支线主要工程量：正线铺轨3.87公里，站线铺轨0.63公里，最大坡度18‰，曲线6处，最小曲线半径150米。

西山支线及洋灰厂支线的工程尾工于1935年、1936年相继完工，共用地877.6亩。西山支线1933年修建投资27174银元；西山支线及洋灰厂支线1934年修建投资210112银元。

两支线在运营初期，为了节省经费支出，先设玉门沟站及白家庄站，小北门、大洼流村及西铭村站暂未开设。支线配备小机车1台，货车18辆，日运输能力仅200吨。1935年4月，西北第一煤矿厂1号井日产煤300吨；1936年5月，2号井部分投产，日产煤500吨，产运矛盾日趋紧张。1936年9月，总指挥部同意按合同规定将西山支线及洋灰厂支线拨归西北实业公司自行管理。西北实业公司在太原城东角成立太白铁路管理所，备有机车3台，15吨、20吨货车各25辆，使产运矛盾有所缓解。

日军统治时期，西山支线改名为白家庄支线，洋灰厂支线改名为西铭支线。1942年，汾河大桥被冲毁后，日伪新建了汾河大桥，共10孔，为下承钢桁梁，全长470.5米，钢筋混凝土墩台。1943年6月，华北交通株式会社太原铁路局将这两条支线拨宽为1.435米的标准轨距线路，并对白家庄支线做了部分改线，改自新城站（现太原北编组站V场位置）出岔，向北迂回，过新建的汾河大桥，然后向南折返，于9.8公里处与原线路接轨。改线后，西山支线全长为23.94公里，设三给村、东社、玉门沟、白家庄4个车站，包括玉门沟站至杜儿坪坑口的岔线共计站线23.8公里。钢轨更换为28公斤／米及30公斤／米旧轨，提高了运输能力。