吳涇支線起自新閔支線K11+851處，跨越沙港、竹港等河道，到達吳涇工業區，全長13.04公里。
1958年，上海市在閔行地區新建工業區的同時，在吳涇地區亦新建吳涇化工廠、焦化廠、熱電廠等大型工廠。1959年5月，上海鐵路局技改工程指揮部設計修建吳涇支線，在新閔支線K8+716處出岔（註：此里程因新閔支線起點多次變動而改變，至1990年為K11+851），以5米間距與新閔支線平行向東，至沙港處新閔支線轉向閔行分開，兩條支線有2公里線路平行走行。當時鋼軌、枕木等鐵路器材供應甚為緊張，施工期限緊迫，就採用兩線平行地段先鋪一條線的臨時措施，在K8+716處不鋪道岔，改用一反向曲線後鋪吳涇支線，在吳涇支線K1+948處鋪設道岔，直線方向至吳涇，側線方向至閔行。
該線路基部分按Ⅰ級專用線標準設計，鋼軌用38公斤/米，枕木每公里配置1440根，道床厚度為0.25米。工程主要有鋪設線路14.74公里，橋樑7座，涵洞30座，道口14處及有關配套設施。總投資392.8萬元，其中土方工程31.18萬元，線路上部建築120.9萬元，橋樑39.58萬元。線路工程由上海鐵路局第三工程隊施工，橋涵工程由上海鐵路辦事處橋樑工程隊施工。1959年6月開工，1960年1月12日通車。
鋪設線路時，由於鋼軌、枕木等鐵路器材缺乏，採用每米重37、41、42公斤等外國產的舊雜再用鋼軌和未經防腐處理的素枕，道床石碴顆粒級配不均，厚度不足，線路技術狀態較差，因運量較小，一直未進行技術改造。至1988年，吳涇地區的工廠所需大型設備要由鐵路運輸，原來的線路無法適應，遂用國產每米重50公斤再用鋼軌更換原有的舊雜輕軌，更換了腐朽枕木，並增加配置數到每公里1600根，同時清篩了道床，增加了道床厚度，使線路質量有了較大提高。
隨著吳涇地區工業的發展，陸續新建的工廠、倉庫的鐵路專用線，至1990年末已有吳涇熱電廠、上海第七糧食倉庫等9條專用線與吳涇支線相聯接。吳涇調車場由原來的3股道改建、擴建到10股道。
