1905年9月4日，随着总工程师詹天佑一声令下，举世瞩目的京张铁路正式破土动工。
京张铁路始于北京丰台柳村，经沙河、南口、居庸关、八达岭、怀来、鸡鸣驿、宣化至张家口，全长201.2公里，是第一条中国筹资、中国人设计、中国人建造的铁路。经过4年的紧张施工建设，终于在1909年建成并投入运营。
一般来说，修建铁路要么连接大城市，要么连接资源所在地。京张铁路似乎没有遵循这样的原则。北京当然是大城市，可是张家口既不是北京、上海这样的大城市，也不是资源所在地。
而且，京张铁路的建设难度很大，沿途大部分是高山峻岭，“中隔高山峻岭，石工最多，又有7000余尺桥梁，路险工艰为他处所末有。”尤其是居庸关、八达岭一带“层峦叠嶂，石峭弯多，遍考各省已修之路，以此为最难，即泰西诸书，亦视此等工程至为艰巨。”当时，中国又缺乏大型施工机械，以至于在挖掘八达岭隧道时，工人不得不采用双手挖掘。
清朝自行修建的第一条铁路，为什么会通到张家口?
大致有以下原因。
一、张家口并非普通城市。张家口位于直隶省的西北部，是内地通往蒙古的商业贸易中心，向来为兵家所必争之地，在政治、经济和军事上都具有极大的意义。当时，清朝已经陆续修建了数十条铁路，如从北京出发，辐射南部的京汉跌路;从上海出发，连通南京的沪宁铁路;从天津出发，连接唐山开平矿务局的津唐铁路等。但是，唯独缺乏一条通往北部地区的铁路。京张铁路，能够填补这一空白。
二、我们知道，晚清时期，英国、美国、德国、日本、俄国等西方列强一直很热衷于在中国修建铁路，一以此来控制中国的经济、军事命脉。如果是直接连通北京到上海的铁路，以这条铁路的战略意义，一定会让西方列强争得头破血流。京张铁路长度较小，施工难度又很大，所以西方列强不放在眼里，不愿意来争夺铁路的施工权。这样一来，修建铁路面对的外界压力小得多。
三、如前所述，清朝时期，已经修建了数十条铁路，比较有名的有京汉跌路、沪宁铁路、津唐铁路、胶济铁路、东清铁路、台湾铁路、京榆铁路等。不过，这些铁路几乎都由西方列强投资兴建，铁路的所有权和管理权均属于西方列强。这种状况，让清朝很是尴尬。为了挽回一点颜面，清朝也必须要修建一条属于自己的铁路，来证明自己并非一无所能。京张铁路，就是最佳选择。
四、京张铁路的起点和终点定了以后，负责主持设计和修建铁路的总工程师詹天佑，亲自率工程队勘测定线。勘测过后，出现了3条线路。这3条线路的施工难度都比较大，詹天佑经过反复权衡，最终选择的路线是3条路线中施工难度最小的。