1905年5月，有消息震动了中外：詹天佑出任京张铁路的总工程师了！
事情的经过是这样的：1903年，清政府打算从关内外铁路运输的收入中，提出一部分余利，建筑一条新的铁路，这就是从北京到张家口的“京张”铁路。
当时，关内外铁路的余利，全部控制在中英公司手里。根据规定，如果要动用这笔钱，必须经中英双方协商同意。因此，修建京张铁路的计划一定下来，英国首先提出了承包这项工程的要求。英国人说：“关内外的铁路是向大英帝国借钱建筑的，现在，你们的钱还没有还清呢。如果要动用关内外铁路的运输收入，另外修筑铁路，那就一定得请英国人担任总工程师。否则，我们不予拨款。”
接着沙俄也跳出狂妄地叫喊：“俄国政府和中国政府曾订有条约，明文规定长城以北的铁路，不许由别国承办。京张铁路有一半在长城以外，如果要请外国工程师修建，必须要请我们俄国人承包。否则，大俄罗斯帝国是不会客气的。”
英俄双方争夺激烈，相持不下。最后，分别向清政府提出：中国修筑京张铁路，如果是用自己的钱和自己的工程师，则不予过问；否则，决不善罢甘休。清政府既不敢得罪英国，也不敢得罪沙俄，最后不得不任命詹天佑为修建京张铁路的总工程师，并从国库中拨出巨款作为筑路费用。
詹天佑出任京张铁路总工程师之事，嘲讽诬蔑的恶浪平地而起，国内的“软骨头”们说：
“这是不自量力！”
“这是胆大妄为！”
国外的洋人更是大放厥词：
“中国工程师决不可能完成这样艰巨的工程！”
“中国会修这条铁路的工程师还没有出世呢！”
詹天佑听到这样的“昏话”和“狂话”，简直把肺都气炸了，他愤慨地说：“真是欺人太甚！我们就是要用中国人的技术力量，来修建中国的铁路。中华之大，人才济济，修建一条铁路能难住我们吗？”
他首先筹建起京张铁路工程局，组织起少得可怜的铁路技术人员，由他统一调配使用。随后，他立即带领一部分技术人员，开始了大规模的测线工作。
铁路线全长200多公里，中间横亘着燕山山脉，地形复杂，形势险要。特别是从南口往北，经过居庸关、青龙桥到八达岭这20多公里的线路，地势步步升高，尽是悬崖峭壁，测量极其艰难。
詹天佑从不在困难面前屈服。他和工程技术人员一起，背着标杆、经纬仪等测量仪器，攀悬崖，登峭壁，定点、测距、制图……工程人员怕他吃不消，他却勉励工作人员说：“全世界的眼睛都在望着我们，我们必须成功！”詹天佑对勘测的质量要求极其严格。有些工作人员测过的地点，他怕有差错，就又带着仪器去复勘一遍。有一个青年技术人员对此很不高兴，背后说：“你既然不放心，自己还要测量，又何必叫我们测量呢？”
詹天佑听见了，既严肃又和蔼地对他说：“并不是我不信任你们，科学工作，多一个人检查，总是好的。诸位的责任实在太重大了！”
这个技术人员被他的负责精神感动，就自动地一次又一次地复勘，来校正错误。
就这样，詹天佑不怕艰苦劳累，用了三四个月的时间，终于完成了线路的勘测工作。
1905年8月，京张铁路破土动工了。工程开工以后，詹天佑遇到了数不清的困难，但最大的困难莫过于开凿关沟路段的四条大隧道了。
詹天佑决心按时凿通隧道。他把总工程师办事处移到南口，专心主持工程；并坚定地表示，不打通隧道就不回北京。
居庸关隧道开工了，为了加快进度，詹天佑决定从南北两端向中点对凿。
隧道里接连不断地响起雷鸣般的炮声，这是炸药在中国隧道开凿工程中的第一次应用。
隧道出水了。水“哗哗”地向外流个不停。没有抽水机，詹天佑就组织人用桶把水挑出来，詹天佑也和大家一样，行进在挑水的行列中。
1908年5月13日，居庸关城下，锣鼓喧天，鞭炮齐鸣：居庸关隧道打通了！
接着动工的是八达岭隧道工程。
八达岭是这一带的最高峰，峰巅终年积雪。明代有个巡抚在山上的巨石上题有“天险”两字。古书记载：“居庸之险，不在关城（指居庸关），而在此岭（指八达岭）。”在这个岭下开出一条比居庸关隧道长三倍的隧道，工程的艰巨是可以想见的。
这样长的隧道如何开凿？詹天佑从实际出发，又想出了新的办法：在地表的中点部位直直地开凿一条竖井，挖到底部以后，再向两端扩展，同时，两端也向中点凿进。这样做，增加了会合点，降低了工程的难度，加快了工程的进度，改善了通风条件。
就这样，詹天佑和全体工人战胜了一个又一个困难，终于把这条长达1145米的八达岭隧道打通了。
随后，其余两个不长的隧道——石佛寺和五挂头隧道，也紧接着胜利完工了。
一条蜿蜒于万山丛中、由中国工程师自己设计、自己施工的铁路，就这样建成了。
