第二期工程
当第一期工程动工后，铁路公司就着手筹划第二期工程，计划将铁路向新会、鹤山、南海等地延伸，与佛山的铁路连接，并改名为宁佛铁路公司。但计划由于遭到粤汉铁路公司坚决反对，清廷也不支持，只好另谋出路。1908年2月19日，孙中山来到新会牛湾会晤陈宜禧，陈宜禧表示支持孙中山的反清革命。1908年3月8日，陈宜禧和余灼再次上书邮传部和农工商部，要求准许铁路修到新会，并坚持铁路日后一定要连接佛山。但此方案不仅继续遭到粤汉铁路公司反对，并受到新会、开平一些乡绅的抵制。因此邮传部只批准铁路公司先修公益至新会一段的立案，公司随即进行线路测量。
在渡轮上的火车
铁路公司修建此路目的在于接通扼江海之要冲的交通重镇江门，按原定计划，铁路从公益过潭江至开平水口过石步河进入新会。当陈宜禧在河村墟测量路线时，受到河村汤姓、谈雅关姓士绅的阻挠，认为火车从河村墟通过会给村民带来灾难。铁路公司只好将铁路路线改为由麦巷往东至牛湾过渡潭江，然后向北经司前至会城。导致工程延误到1910年1月21日才正式动工兴建。为了能令火车过渡潭江，陈宜禧向香港定制一艘长105.57米的铁船，船上铺设三条轨道，每次能载一列五节长的列车，成为中国第一条使用火车渡轮的铁路。1910年6月，当公益至会城段路基即将完工时，陈宜禧又一次上书邮传部，申请立案修筑至北街。7月就获得邮传部的核准，并于1912年1月动工兴建。到了宣统三年（1911年）九月一日，公益至会城段竣工通车。而会城至北街段，由于受到白石乡绅的阻挠，直到民国二年（1913年）三月初六才建成通车。由于第二期工程实际招股只有562370元，资金入不敷支，借、欠款高达1035144.8元，公司因此债台高筑。
第三期工程：台城至白沙
经过两年的经营，铁路公司逐步还清公益至北街段的欠款后，1915年12月，筹议台城经白沙通往阳江的铁路，并拟定了招股章程，在国内外报纸登广告。1917年1月15日铁路公司正式向交通部呈请先修台城至白沙段的立案，交通部核准立案后，预计资金为70.9万，陈宜禧鉴于海外招股困难，便采取两种方式进行招股，一是凡铁路沿线所占用的土地，按当时地价折算招股；二是发动沿线村镇居民，分姓氏宗族进行集股。在短时间内就筹得资金50万。集股方法虽然解决资金困难的问题，但却激发各村各姓宗族之间的矛盾。潮境黄姓代表曾上书交通部，指陈宜禧徇私另与白沙马姓立约，取消原定经过潮境的路线，改为经三合直达白沙。经多方调停，反复协商，到1919年3月，双方同意从长江站修一条长四公里直达潮境的支线，后来因资金短缺，只好作罢。
1920年3月20日，全长28.6公里的第三期工程竣工，铁路董事局为陈宜禧铸造铜像立于宁城车站旁。5月12日，新宁铁路全线通车，共招股本3658595银元，购地30654亩，全长133公里，车站47个，桥梁215座，涵洞236个，另外建有公益、北街码头，公益机器厂，牛湾渡口等工程。据1918年《广东新宁铁路实业估值统计册》统计，全线不动产价值3859808.54元；动产价值1505952.07元，共价值5365760.61元。当新宁铁路全线完工后，其价值约为八百多万元。
经营新宁铁路
新宁铁路于1909年开始运营。主要收入来源于客运，每日开出长途列车八次，短途列车四次，每列火车挂六、七节车厢，并且客货混列，客车座位分为头等、二等、三等。但客运量不大，利用率低，管理费用高，造成铁路公司财政十分困难，铁路所需的机车、设备、燃料等一切皆由西方市场供应。由于过分依赖西方市场，铁路公司经常蒙受巨大损失。1914年10月，因为洋煤来源短缺，造成“火车停弛两站。”1916年至1918年间，由于国际煤炭价格上涨，公司支付的煤炭费用比原来估计的增加三倍多。
地方军阀对新宁铁路公司的敲诈勒索更加令其财政雪上加霜，本来铁路公司为了支持孙中山的护法军政府借出了12万元，借款按照加收20%的车费的方式扣还。当时孙中山严令不准军队坐霸王车。但大小军阀对孙中山的法令不予理睬，导致勒索之势越演越烈，有增无减。1925年，粤军总司令许崇智每月向铁路公司“借饷”一万元；驻江门的第一军则收五千至七千元，造成铁路公司入不敷出，债台高筑。到了1926年，公司累积欠款达到140余万。
由于新宁铁路公司经营不善，导致发生工潮，债务人纷纷要求提早还债。1926年11月11日，广东省政府以“工潮迭起，管理不善”为由，省建设厅派出陈延炆、钟启祥、刘鞠可三名官员会同公司推举的两名董事组成新宁铁路整理委员会接管铁路一切权力，进行为期六个月的管理。此事立即引起股东们的反对并致电到广东省政府要求收回成命，但政府不顾民意，仍然派人接管路政，股东们反对陈延炆等人接管权力，只同意他们担任顾问，陈宜禧更加拒绝交出总理权力。1927年2月21日，陈延炆向江门警备司令部调遣一连军队对铁路公司进行武力接管，强令公司每月支付三千元军饷作为酬劳。4月20日，陈宜禧被迫返乡避居，两年之后病死。
新宁铁路兴衰
广东省政府原来决定整理委员会管理铁路半年后交回大权，但整理委员会千方百计拖延整理期达2年之久。1927年蒋中正对中共的整肃后，陈延炆等人亦开始进行整肃，派出军队和路警，查封有中共背景的铁路职工联合会，并以“平日工作不良，性近怠情”的罪名几个月内解雇一百多名工人。铁路职工由1600多人减至1302人，并且平均每人每月薪水从30.5元减至22元，而陈延炆等人工资则不断大幅提高，整理委员会中饱私囊的行径在不断受到公司职工和股东的反对下，1928年11月被迫同意召开股东大会，选举新的正副总理。1929年1月，整委会结束，新宁铁路重新恢复为商办。
新宁铁路恢复为商办之后，新的管理层随即进行一系列改革，1929年就重新建造了宁城和北街两个车站，1930年，公司为了满足乘客需求，在1927年5月16日开通北街至会城的有轨汽车的基础上，加开宁城至公益、宁城至白沙的有轨汽车，令铁路全线有轨汽车每日行走增加至45趟，收入不断增加，如西南支线，每日一车一卡，来回共四次。“收入客脚一百二十馀元，而汽油耗消，仅需十元左右。”1932年6月至1933年6月，新宁铁路客运量为3039327人次，货运量为128704吨。公司从1929年至1932年，公司每年平均盈利达到20至40万。
由于世界出现经济大萧条，公路逐渐发展，汽车与火车展开激烈的竞争，令到铁路客货运量急剧下降。1933年之后，公司盈利转盈为亏，由于公司财政出现困难，只好停止一些建设项目，其中最大一项为公益铁桥，1931年借款271万由美国马克敦公司建造，计划2年内建成，但只建两个桥墩就停工了。又企图以减薪裁员的方式渡过难关，1933年就解雇28人，并宣布留任者一律减薪。翌年又解雇二百多人，到了1935年，铁路职工仅剩959人，然而收入依然不断下降，新宁铁路公司面临破产的危机。
1937年七七事变之后，新宁铁路便成为日军空袭的目标，10月15日下午1时30分，日军派出飞机10架次空袭牛湾渡口，渡江铁船被炸沉，10月20日，又派飞机4架轰炸会城火车站。铁路受到严重破坏，只能分段行驶有轨汽车。1938年10月广州沦陷后，国民政府为防日军利用铁路推进，下令拆毁铁路。铁路由沿线十里之内的居民分段拆毁，车头、车厢、铁轨拆毁掩藏，路基被掘烂，枕木则作为拆铁路的居民的酬劳。1939年2月14日，新宁铁路公司正式结束并遣散员工。一个月之后，江门沦陷。铁路沿线共值三千万港元的设备、车厢、铁轨大部分遭到日军洗劫或散失于民间，到了1942年，国民政府仅收集到33782条铁轨用来修建黔桂铁路。至今，新宁铁路仅剩下北街火车站遗址。
