1896년 홋카이도 철도 부설법에 의해 홋카이도 내 1000마일(약 1600km)의 철도 정비 계획이 수립되자, 홋카이도 청 장관 기타가키 구니미치는 도쿄 제국 대학 교수였던 다나베 사쿠오에게 노선 선정을 위한 조사를 의뢰하였다. 이에 다나베는 대학 교수직에서 퇴임하고 홋카이도청 철도부설부장에 부임해 답사를 수행했다.

그는 도카치 루트의 답사는 나무가 울창해 시야가 좋지 않은 여름을 피해 초봄에 하기로 결정했고, 곧 철도기사 2명과 짐꾼 몇명을 데리고 아사히카와를 출발하였다. 그리고 그는 곰이나 늑대가 돌아다니는 원시림이나 모기, 등에 등이 넘쳐나는 습지 등 미개척지를 도보로 이동하면서 지형, 지질, 경제 효과, 자재의 운반 및 입수방법 등 세부에 걸쳐서 구시로까지 구간을 20일간 답사했다.

당초는 사호로 산 북쪽을 최적 루트로 검토하고 있었으나 답사 결과, 현재의 국도 38호선을 거의 따라가는 구 가리카치터널 루트를 최적안으로 제시하였고, 다나베는 이곳을 「가리카치 고개」라고 이름 붙였다.

후에 다나베가 완공된 철도를 이용해 구시로를 방문했을 때, '12시간의 여행은 지루하셨지요' 라는 위로의 말에 '내가 이전 여기 왔을 땐 20일 걸렸습니다. 그때를 생각하면 12시간만에 여길 통과하는 것은 어쩐지 아쉽네요'라고 대답했다고 한다.

노선이 결정되자, 홋카이도 관립 철도가 아사히카와와 구시로를 연결하는 간선철도로서 착공, 아사히카와와 구시로 양 방향에서 공사가 시작되었다. 아사히카와측은 1899년에 아사히카와 - 비에이간이, 구시로측은 1901년에 구시로 - 시라누카 간이 개업하였고, 1907년 가리가치 터널이 완공되어 가리카치 고개를 포함한 오치아이 - 오비히로간이 개업하면서 아사히카와 - 구시로간 전노선이 완공, 구시로선이 되었다.

1913년에, 다키카와 - 시모후라노 (현재의 후라노) 간에 신선이 놓이면서 기점을 아사히카와에서 다키카와로 변경하였고, 아사히카와 - 후라노간은 후라노선으로 분리되었다.

이후 구시로 동쪽으로 노선 연장이 진행되어 1917년에 앗케시, 1919년에 앗토코, 1920년에 니시와다까지 연장되었으며, 1921년에 네무로까지 연장을 완료하고 동시에 선로 명칭을 네무로 본선으로 고쳤다.

개통 이후 도앙(삿포로 등)과 도동(구시로, 네무로 등)을 연결하는 주요 간선으로서의 지위를 유지하고 있었다. 1966년에 오치아이 - 신토쿠간의 가리카치 고개의 구간을 신선으로 대체하고 1981년에는 단축 루트인 세키쇼 선이 개업하면서, 도앙에서 도카치, 구시로를 연결하는 대부분의 열차 운전 계통이 종래의 다키카와 경유에서 세키쇼 선 경유로 변경되어 대폭적인 소요시간 단축이 이루어졌다. 이로 인해 네무로 본선에선 신카리카치 터널 이북을 통과하는 우등 열차가 거의 없어졌다. 1997년에는 구시로시와 오비히로시의 출자로 「도동 고속 철도 개발」(본사 삿포로시, 현재의 홋카이도 고속 철도 개발의 전신)이 설립되어 세키쇼 선과 네무로 본선 신카리카치 터널 - 구시로 구간의 고속화 개량 사업이 실시되었다.
다나베가 구시로로 가기 위해 완공된 열차에 타고 있었던 시간은?
12시간