W latach 20. XX w. przez krótki czas funkcjonował dalszy odcinek tej trasy, dobiegający do wioski Dąbrowica, leżącej na zachodnich przedmieściach Biłgoraja. Jego istnienie wiązało się z podjęciem niezrealizowanego ostatecznie projektu przedłużenia linii do Janowa Lubelskiego. W okresie międzywojennym do kolei zwierzyniecko-biłgorajskiej dobudowywano też tymczasowe odnogi, służące celom gospodarczym. Dobiegały one m.in. do wiosek Ignatówka (obok kamieniołomów w Żelebsku) i Wola Mała (w której znajdował się tartak, korzystający z transportu kolejowego).
W latach 30. XX w. władze stworzyły projekt likwidacji kolei zwierzyniecko-biłgorajskiej i zastąpienia jej linią normalnotorową, lecz nie doszło do jego realizacji. W okresie okupacji niemieckiej (1939-1944) pociągi, kursujące na trasie Zwierzyniec – Biłgoraj, kilkakrotnie były celem ataków partyzanckich. Ich pasażerowie padali też ofiarami napadów rabunkowych, a 15 marca 1943 oddział komunistycznej Gwardii Ludowej spalił niemieckie obiekty wojskowe na przystanku Biłgoraj Rapy. W 1944 wycofujący się Niemcy dokonali znacznych zniszczeń taboru i infrastruktury.