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上海北站於清光緒三十四年（1908年）3月正式投用，原名滬寧鐵路上海站，民國5年（1916年）12月，車站更名為上海北站；1950年8月1日，車站更名為上海站，並核定為特等車站；1987年12月，更名為上海北站並停止客運業務。
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清光緒三十四年（1908年）3月，伴隨著原滬寧鐵路全線通車，車站正式投用，原名滬寧鐵路上海站，車站位於建界路（今天目東路）寶山路口，車站站房為6間平房，4間作售票、電報、郵政、辦公等用，2間作候車室。
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清宣統元年（1909年），滬寧線總管理處決定在毗鄰公共租界北區的寶山路天目路附近興建車站新站房，同年新站房正式建成。
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民國5年（1916年）12月，原滬寧鐵路和原滬杭鐵路並軌工程完工，滬寧鐵路上海站更名為上海北站。民國21年（1932年），一·二八事變發生，因上海北站位於租界以外，並臨近閘北戰場，因此遭到破壞，四層樓房毀於戰火。
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民國22年（1933年）5月，上海北站進行修復，站房的底層得到恢復，二層中間部分也得到重建，同時興建左右候車室、行李房等設施。
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民國26年（1937年）8月，淞滬會戰爆發，上海北站再度淪為戰區並遭到日軍戰機轟炸。同年11月12日，隨著上海除租界外全境淪陷，日軍開始拆除上海南站及其附近長約1.5公里鐵路，同時修復上海北站，並更名為上海驛。
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民國34年（1945年），京滬區鐵路管理局接管上海北站，並於次年開始進行車站的修復和擴建。經此次修復，站內站臺延長至360米，拓寬站臺達2787平方米，興建兩座候車室。
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1981年3月，因上海站雖數經改建、擴建，終因受地理環境限制，站場和設備無法得到很大改善，難以應付快速增長的客流，原鐵道部與上海市人民政府向國務院提交籌建新站的報告。
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1984年9月20日，上海站新站房工程正式開工。1987年12月28日，上海站新站房正式啟用，舊站房更名為上海北站，停辦客運業務，改建成為上海鐵路客車技術整備站，主要用作客車整備。攝影：哈里森·福爾曼
