В 1912 г. было принято решение построить железную дорогу через Новоград-Волынский. Новой дорогой планировалось соединить станцию Шепетовку, через которую шли поезда из Камянца-Подольского до Луцка (Подольской железной дороги) со станцией Жлобин (Любаво-Роменской железной дороги). В Коростыне новая ветка пересекала Киево-Ковельскую линию. В Новоград-Волынском должна была пересечь линию Ровно – Гришино. Последняя должна была пройти через Павлоград, Кобеляки, Глобино, Золотоношу, Канев, Фастов и Житомир. Таким образом, в недалеком будущем железнодорожную станцию Новоград-Волынский планировалось сделать узловой. Из-за строительства двух новых железнодорожных линий Российская империя получала новые дешевые и удобные пути. Работы по сооружению железной дороги и станционных сооружений длились два года вместо запланированных трех. Ускорила темпы Первая мировая война, требовавшая резкого увеличения перевозок в направлении фронта. Новоград-Волынская Дума выделила под сооружение здания вокзала, других помещений и путей 65 га земли. Строительство возглавил главный инженер П.В. Березин. От станции Новоград-Волынский отходят линии: на Шепетовку (63 км), на Коростень (88 км) – обе одноколейные и электрифицированы в 2006 г., а также одноколейная на Житомир (91 км) – не электрифицирована. Расстояние до станции Киев-Пассажирский через Коростень – 244 км, через Житомир – 256 км.