В апреле 1920 года от Екатерининской к Донецкой дорогам отошли линии: Дебальцево — Зверево, Дебальцево — Миллерово, Дебальцево — Купянск, Дебальцево — Иловайское, Дебальцево — Никитовка, Попасная — Трудовая — со всеми ветвями общим протяжением 893,7 версты.
В августе 1920 года к Екатерининской были присоединены участки Южной дороги — Пятихатки — Користовка и Цареконстантиновка — Федоровка.
Таким образом, Екатерининская железная дорога в 1920 году сократилась с 2944 верст до 2239 верст, в 1921 году — до 1729 верст.
В 1921 году донецким дорогам были переданы все участки от станции Чаплино на запад — Чаплино — Ясиноватая, Хацапетовка — Мариуполь, Очеретино — Трудовая, Ростов — Горловка, Криничная — Ханженково (921 верста). К южным дорогам перешли участки Крюков — Николаев, Николаев — Херсон, Водопой — Кандыбино (411 верст).
С 1 января 1921 года к Екатерининской дороге были присоединены строящиеся направления Мерефа — Херсон, но только в эксплуатационном отношении.
В течение 1922 года изменений в составе дороги не было, за исключением того, что участки Мерефа — Херсон снова были переданы в ведение объединенного построечного управления дорог Украины.
Отрезанность Екатерининской дороги от Донецкого бассейна, разъединенные руда и уголь снова выдвинули вопрос объединения бывшей Екатерининской дороги в старых границах. 1 января 1923 года все участки, переданные донецким дорогам в мае 1921 года, были возвращены Екатерининской дороге.
С 1 мая 1923 года был закрыт второй путь на участке Пятихатки — Користовка. За время восстановления закончены строительством и введены в эксплуатацию линии: Джанкой — Вадим (1920 год), Апостолово — Снигиревка (1925 год), Нижнеднепровск — Константиноград (1927 год), Лоцманская — Апостолово (1929 год).
Изменения в протяженности дороги были связаны с чрезвычайными обстоятельствами того времени. Екатерининская магистраль соединяла и обслуживала крупнейшие в стране угольный и рудный районы и пересекала богатейшие хлебом местности Юга Украины, имела два больших моста через реку Днепр у города Екатеринослава и у села Кичкас. Штаб управления дорогой находился в Екатеринославе — крупнейшем центре металлургической промышленности. Эти и многие другие обстоятельства заставляли ее нести на своих плечах бремя гражданской войны и в зависимости от обстоятельств времени менять свои границы.
В последующие годы мирного строительства длина дороги то уменьшалась, то увеличивалась. К концу восстановительного периода (1927 год) Екатерининскую железную дорогу можно условно разделить на следующие пять участков:
