牡佳铁路南起滨绥铁路牡丹江枢纽，向北经海林、林口、勃利、桦南、桦川等县市，终点到达佳木斯枢纽与绥佳铁路接轨，线路全长332公里。其中，牡丹江站至林口站区间、佛岭站至通天屯站区间为复线铁路，林口站至佛岭站区间、通天屯站至佳木斯站区间为单线铁路。

牡佳铁路从牡丹江站离开，向北沿着牡丹江而下，到柴河站向东北逆五林河并沿着乌斯浑河到林口县，向东北继续续沿着亚河转向正北，沿着小碾子河过勃利县，向北过连珠河、倭肯河、七虎力河到桦南县，过八虎力河向北到达佳木斯市，向西过王三五河到达终点佳木斯站。

牡佳铁路分两段施工：

第一段是牡林线（牡丹江至林口）。1934年1月测勘完成。1934年3月分4个区段开工。1934年12月21日开始由牡丹江向林口铺轨，1935年4月16日铺通。1935年7月10日试运营。1936年7 月1日正式运营，此段铺两条正线。

第二段是林佳线（林口至佳木斯）。林口至勃利段于1934年10月勘测完毕。1935年5月开始施工。1935年10月1日由林口站向佳木斯铺设钢轨，1935年12月中旬铺至勃利站。此段铺一条正线。

勃利至佳木斯段1935年2月勘测完毕，1936年12月10日钢轨铺至佳木斯。至此图佳线全线铺通。1937 年1月15日林佳线试运营业。1937年7月1日林佳线正式运营。

图佳线全线通车后，日本当局把东北东部地区的资源，如当地的大豆、鹤岗煤炭、沿线小兴安岭与长白山的木材，经图们出境运往日本本土。同时，日本向图佳线沿途的千振（现在的桦南镇）、弥荣（现在的孟家岗镇）等地移民。围绕着图佳线的建设与运营，东北抗日联军与日满当局展开了持续的激烈战斗冲突。

1958年，牡丹江铁路管理局在牡丹江至林口区段开始复线扩建，1962年因国家压缩基本建设而停建下马。1982年，国家把牡林区段复线建设及配套改造纳入计划，以增大鸡西、七台河煤炭外运能力。

1985年5月，哈尔滨铁路局开始牡林线复线建设，1992年牡林线复线建成运营。

牡丹江站：滨绥铁路，牡图铁路

林口站：林东铁路 （经鸡西站至东方红站）

勃利站：勃七铁路（到七台河站）

佳木斯站：绥佳铁路，鹤岗铁路，佳富铁路（在福利屯站引出福前线至前进镇站，前进镇站引出前抚线至抚远站）

牡丹江市：牡丹江站（特等站，起点），富江镇站，八达沟站，桦林站，金厂沟站

海林市：柴河站

林口县：五渡林站，五林站，朱家沟站，新五星站，七星站，宝林站，楚山站，向阳站，龙爪站，林口站，古城镇站，亚河站，青山站，二龙村站，虎山站

七台河市勃利县：佛岭站，通天屯站，勃利站（二等站，上水站），大西站，杏树站，倭肯站

桦南县：阎家站，湖南营站，桦南站，八虎力站，孟家岗站，黑背站

桦川县：申家店站，横头山站

佳木斯市：长发屯站，佳木斯东站，佳木斯站（终点，特等站）

牡丹江至佳木斯，全线共计隧道7座。分别为：仙人洞隧道（上行），三房隧道（下行），大林隧道(下行)，宝林隧道（上行），佛岭1号隧道（双线隧道），佛岭2号隧道（双线隧道），佛岭3号隧道（双线隧道）。