1905年9月4日正式开工，12月12日开始铺轨。京张铁路工程难度最大的就是关沟段，铁路要在这里越过八达岭，南口和八达岭高度差近60米。詹天佑运用折返线原理修建了一条“之”字形线路，使线路坡度降低到33‰以下，并且为火车前后各挂一个火车头，以提升爬坡能力。1909年8月11日建成，10月2日通车。