1905年8月,京张铁路正式开工,紧张的勘探、选线工作开始了.詹天佑亲自带学生和工人着,背着标杆,经纬仪,日夜奔波在崎岖的山岭上.一天傍晚,猛烈的西北风卷着沙石在八达岭一带呼啸怒吼,刮得人睁不开眼睛,测量队急着结束工作,填个测得的数字,就从岩壁上爬下来.詹天佑接过本子,一边翻看填写的数字,一边疑惑地问：“数据准确吗”?“差不多”,测量队员回答说.詹天佑严肃地说：“技术的第一个要求是精密,不能有一点模糊和轻率,‘大概’、‘差不多’这类说法不能出自工程人员之口.”接着,他背起仪器,冒着风沙,重新吃力地攀到岩壁上,认真地又重新勘测了一遍,修正了一个误差.当他下来时,嘴唇也冻青了. 不久,勘探和施工进入最困难的阶段.在八达岭、青龙桥一带,山峦重叠,陡壁悬岩,要开四条隧道,其中最长的达一千一百多米,是居庸关的三倍长.詹天佑经过精确测量计算,决定采取分段施工法：从山的南北两端同时对凿,并在山的中段开一口大井,在井中再向南北两端对凿.这样既保证了施工质量,又加快了工程进度.凿洞时,大量的石块全靠人工一锹锹地挖,涌出的泉水要一担担地挑出来,身为总工程师的詹天佑毫无架子,与工人同挖石,同挑水,一身污泥一脸汗.他还鼓舞大家说：“京张铁路是我们用自己的人、自己的钱修建的第一条铁路,全世界的眼睛都在望着我们,必须成功!”“无论成功或失败,决不是我们自己的成功和失败,而是我们国家的成功和失败!”詹天佑为了缩短工期,想出了“竖井开凿法”,为了火车上山,创造了“人”字形线路,这些方法都在现在起到了非常大的作用.
1905年9月4日正式开工,12月12日开始铺轨.就在铺轨的第一天,一列工程车的一个车钩链子折断,造成脱轨事故.这一下成了中国人不能自修铁路的证据,各种诽谤中伤纷至沓来.但詹天佑没有惊慌失措,反倒冷静地想到：此路坡度极大,每节车厢之间的连接性能稍有不固,事故就难避免.为此,他使用了自动挂钩法,终于解决了这个问题. 1906年9月30日第一段工程全部通车,第二段工程同时开始.难关就在第二段,首先必须打通居庸关、五桂头、石佛寺、八达岭四条隧道,最长的八达岭隧道1,092公尺.这不仅要有精确的计算和正确的指挥,还要有新式的开山机、通风机和抽水机.前者对詹天佑都不成问题,而后者当时中国全都没有,只在靠工人的双手,其困难程度可以想见.他们硬是克服了重重困难,终于在1908年9月完成了第二段工程. 第三段工程的难度仅次于关沟,首先遇到的是怀来大桥,这是京张路上最长的一座桥,它由七根一百英尺长的钢梁架设而成.由于詹天佑正确地指挥,及时建成.1909年4月2日火车通到下花园.下花园到鸡鸣驿矿区岔道一段虽不长,工程极难.右临羊河,左傍石山,山上要开一条六丈深的通道,山下要垫高七华里长的河床.詹天佑即以山上开道之石来垫山下河床.为防山洪冲击路基,又用水泥砖加以保护,胜利完成了第三段工段. 对于工程上的困难,詹天佑从未放在眼里,对于人为的障碍却使詹天佑忧愤至极.清河有个叫广宅的人,是前任道员,皇室载泽的亲戚,朝野均有势力.铁路恰经其坟地,他即率众闹事,阻止工程,私下又许以重贿,要求改道.邮传部竟不敢过问.这里北面是郑王坟,南面是宦官坟,西面是那拉氏父亲桂公坟,要大改道不知要浪费多少时间和经费.詹天佑以受贿为可耻,绝不改道,竟以去留相力争.最后因五大臣出洋被炸,载泽吓得不敢与闻外事,广宅才因失去靠山而同意经其坟墙以外通过.京张铁路建成典礼此路原订六年完成,詹天佑终于提前两年于1909年8月11日全线通车了,还节余二十八万两银子.京张铁路的胜利完成,是中国人民的胜利,也是中国爱国知识分子爱国精神的充分体现. 帝国主义无时不想夺取此路,工程一开始,日本人雨宫敬次郎就上书袁世凯说：中国人无力修成此路,不如聘请日本技师较为稳妥.英国人金达也来替日本说项.詹天佑以此路决不任用任何一个外国人为由断然拒绝.居庸关遂道工程开始后,三五成群的外国人,以打猎为名常来窥探,他们希望工程失败以便乘人之危.詹天佑以出色的成绩为中国人出了这口气.
