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碓冰岭位于日本群马县横川和[[长野县]]轻井泽之间，分隔开东侧的信越地方和西侧的关东地方，亦是信越本线的其中一个重要部分。早于明治时代，建设一条翻越碓冰岭的铁路已经受到铁道部门的重视。1885年，上野至横川的铁路通车；1888年，轻井泽至直江津的铁路通车。而横川至轻井泽的铁路则在1891年3月动工，至1893年4月正式通车。至此，连接[[东京]]和新潟的国营铁路中山道线（即后来的信越本线）全线开通。
由于碓冰岭地势险峻，碓冰岭区段的最大坡度竟达到66.7‰ <ref>[https://www.bilibili.com/read/cv445475 千分之66.7的传说——碓冰岭与EF63(3)]， 哔哩哔哩，2018-05-04</ref> 。为了保证列车上下坡时候的安全，碓冰岭区段借鉴了[[德国]]哈茨山登山铁路的经验，采用了阿普特式[[齿轨铁路]]，并使用专门的蒸汽机车担任补机。两条[[路轨]]之间铺设有齿条，[[蒸汽机车]]的[[齿轮]]与之啮合以产生牵引力，而非像普通铁路那样依靠轮轨之间的粘着来驱动列车。为了解决[[蒸汽机]]车造成隧道内黑烟弥漫的问题，碓冰岭区段于1912年完成了电气化改造，并先后引进了多种齿轨式电力机车。
然而，由于受到齿轨铁路的技术限制，碓冰岭一直是信越本线的瓶颈区段。至1950年代，碓冰岭区段所使用的ED42型电力机车的功率只有510千瓦，即使四台机车重联亦只能最多牵引360吨的列车，而且这个单线区段的线路通过能力已达极限。在战后日本[[经济]]快速增长的形势下，作为一条连接东京和长野县北信、东信地方的重要纽带，信越本线运输能力不足已经成为一个非常棘手的问题。
1956年，当时的高崎铁道管理局（今东日本旅客铁道高崎支社）完成了“碓冰白皮书”，当中指出碓冰岭已经成为一个交通瓶颈，且齿轨铁路设备陈旧老化，并提出了取消齿轨铁路和进行复线改造的建议。翌年，日本国有铁道进行关于碓冰岭区段改善措施的检讨。当时曾比较了两种废除齿轨的方案，一是对既有线进行复线化改造，修建与既有单线并行的第二线；二是彻底废除既有线，新建一条坡度较小（25‰）的展线。因考虑到[[建筑]]成本的因素，最终决定实施第一个改造方案。碓冰岭铁路改造工程于1961年动工，至1963年7月15日既有线北侧的新线通车，同年9月30日正式废除了齿轨铁路 <ref>[http://www.doc88.com/p-2416147396537.html 齿轨铁路发展及应用现状综述]，道客巴巴，2019-06-01</ref> 。