京汉铁路北段在解放战争期间受到创伤，1949年经军民陆续抢修，于1949年12月全线通车。为统一领导和组织全国铁路的复旧工程，中央军委和铁道部于1950年1月在北京召开了全国铁路工程计划联席会议。会议确定：1950年主要工程任务是桥梁永久复旧工程，其次是线路复旧工程。线路复旧工程重点是京汉、粤汉2条铁路，其次是陇海铁路。
京汉铁路所有桥梁早在抗日战争期间即被破坏，虽在1949年临时修复通车，但没有永久复旧，这次全线复旧工程任务在1950年8月前胜利完成。
1953年至1955年间，又对京汉铁路的既有单线进行了逐步提高能力的改造。1953年，将丰台至安阳间的长辛店、琉璃河、保定、定县、柳辛庄、丰乐等32个车站的到发线延长至650米。1954年又增加了高林营、豆公庄等13个会让站。
由于股道延长和增加会让站等技术改造措施，仍满足不了运输任务增长的需要，于是铁道部决定增建二线。1954年4月，京广铁路二线首期工程丰台至石家庄段开工，至此，京广复线全线贯通。1957年10月，武汉长江大桥建成通车后，京汉铁路、粤汉铁路从此直接贯通，并改称京广铁路，成为我国南北第一大干线。
另外，在丰石二线施工的同时，还对长辛店、良乡、窦店、琉璃河、涿县、松林店6站的股道进行了改造，部分股道有效长延至850米。
京广铁路自全线贯通以来，在半个多世纪中，给人留下的是“慢牛”印象。统计显示，长期以来，我国铁路客车旅行时速平均不到50公里，运营最高时速徘徊在80公里至100公里之间。为了提高运营速度，自1989年始，京广线进行了电气化改造。
1989年4月至1992年12月，郑州至武昌段电气化改造工程首先完成。工程完成后，不仅初步缓解了京广线运输“卡脖子”的问题，使京广线的货物列车牵引定数由1989年以前的3300吨逐步提高到了1995年的5000吨，而且也在一定程度上改变了中原腹地南北交通运输能力紧张的局面。据统计，京广线漯河至信阳区段，1996年货运量达到7470万吨，比1985年增长63.7%；旅客列车开行25对，比1985年增加7对。
1993年8月至1996年12月，安阳至郑州电气化工程完成。1997年11月，京广线石家庄至安阳段电气化铁路建成开通。北京至石家庄段电气化铁路于1998年8月8日建成开通。
至此，全长695公里的京郑电气化铁路工程全线贯通。武昌至广州电气化铁路改造工程是1998年2月正式开工，2000年9月完成。这项工程的完成，使该区段在保证开行60对客车的前提下，货运年输送能力达到5300万吨，提高约25%。客车最高运行时速可由2000年的120公里提高到140公里。武昌至广州电气化铁路正式开通使用，不仅标志着全长2300公里的京广铁路全线电气化改造工程全面完成，而且使中国内地电气化铁路营业里程突破了1.6万公里。
2001年，京广线南段-武昌至广州段的电气化开通后，列车运行速度得以大大提高，其中武昌-衡阳列车最高时速可达每小时130~140公里，衡阳-广州列车时速为每小时120公里。2003年12月16日，北起河南安阳、南至漯河的全长321公里的郑州段提速改造工程全部完工。改造后，郑州段客车最高时速可达到每小时160公里至200公里。2004年3月，安阳至武昌段提速改造工程也告完工。改造后，该线路列车时速可达每小时160公里，其中官亭至孟庙间列车最高时速可达每小时200公里。
2005年7月，为了确保全国铁路第六次大提速顺利进行，京广线线路改造工程在京广线上行线石桥车站全面展开，于2006年8月完成。京广线第六次提速改造工程，是京广线郑州区段有史以来规模最大、工作量最繁重、难度最高的一次施工。第六次提速后，京广、陇海等铁路干线列车时速最高达到每小时200公里。
三、京包铁路
京包线现起点为北京北站11.794公里处，经北京市昌平南口镇、河北省怀来县沙城、张家口市，山西省阳高县、大同市，内蒙古自治区集宁市、呼和浩特市，终至包头站。全长817.9公里。初建时终点为张家口站，称京张铁路，全长201公里。京张铁路自丰台站东端外柳村起，转北经广安门外跨越京汉路(现今白云路与莲花池东路交会处)，继续向北经阜成门外至西直门站，再由西直门站经南口、关沟段到张家口。
京张线始建于1905年，1909年竣工。1922年末通车至包头。20世纪50年代后期，丰沙线股道延长工程及京张线增建二线工程相继开工。为解决施工对运输的影响，铁道部决定对西直门至沙城、沙城至郭磊庄、郭磊庄至大同、大同至包头分段分期增建二线。西沙段以分流丰沙线运量为主要目的，1960年2月开工，1961年底为压缩基建规模，西沙段完成部分二线工程后下马，未全部改建完成。沙城至郭磊庄段1957年2月开工，1958年9月27日二线开通交付运营。1982年9月，出于京通线在昌平站接轨通车的需要，沙河至昌平间增建二线工程，1985年12月竣工。
1990年大同至包头段的复线全线开通。该线正线铺设了50千克/米、215米长的重型轨，木枕全部更换为钢筋混凝土轨枕。此后，大同至呼和浩特间的旅客列车全部由内燃机车牵引。同时，丰镇站、集宁南站、呼和浩特站、包头东站等都采用了大站电气集中控制设备，多数中、小站则采用了先进的64型双线半自动闭塞、色灯电气集中联锁。2002年，京包线集宁南至呼和浩特段提速改造工程完成。该工程是煤炭通道的后方通道之一，是我国北部横贯东西，联结西北、华北、东北地区的重要运输通道。
四、京承铁路
京承铁路自北京站起，经北京市的通州西、顺义、怀柔、密云，河北省的兴隆、洞庙河、上板城至承德市，全长256公里。京承铁路在上板城站与锦承线接轨，在承德站与承隆(承德站至京通线的隆化站)联络线相连，在怀柔站与怀范(怀柔站至京通线范各庄站)联络线相连，在高各庄站与茶高(高各庄站至大秦线茶坞站)联络线相连，同时还分别与锦承线(锦州至承德)、京通线(北京至通辽)、大秦线(大同至秦皇岛)衔接，形成关内外铁路运输主要通道。
京承铁路的前身是通县(今通州区)至古北口的通古线和承德到古北口的承古线，两线均系日本帝国主义侵华时于1938年修建的，全长126.7公里。解放战争中怀柔至承德被拆毁。怀柔经鹰手营子至上板城一段长169公里，系新中国成立后另选新线修建的铁路，代替已破坏的原怀柔至承德的旧有铁路。该线铁路于1955年9月开工，1960年4月竣工，并改称京承铁路。1959年北京站落成后，京承线起点改在北京站接轨。
1980年1月至1983年4月，双桥至怀柔段50多公里的增建二线改造工程完成。至此，京承线在北京铁路枢纽内除北京站至北京东站间为单线外，其他地段均为复线。
京承铁路的修建，为山海关内、外开辟了第二条通路，并为开发寿王坟铜矿、鹰手营子煤矿和承德旅游区，以及发展河北东北部经济创造了条件。
五、京沪铁路
京沪铁路从北京通往上海，于1968年建成，全长1462公里。
京沪铁路原分为北、中、南3段。北段为京山铁路的北京至天津段，建于1897-1990年。中段从天津到南京的浦口，称为津浦铁路，1908年动工，1912年建成。南段从上海到南京，称为沪宁铁路，1905年动工，1908年建成。1968年南京长江大桥通车后，津浦铁路和沪宁铁路接轨，改名为京沪铁路。
2005年7月，京沪铁路电气化改造工程正式开工，2006年7月工程结束。该工程涉及北京铁路局管内的正线368.7公里，包括京山线(京津段)、津浦线及北京、天津枢纽。改造工程结束后，京沪线部分列车由原来的内燃机车牵引改为电力机车牵引。
京沪铁路连接了中国最大的两座城市，沿途大都为沿海经济发达地带，因此成为中国目前最繁忙的铁路干线之一，并正在筹建高速铁路和客运专线，以缓解运输压力。
六、丰沙铁路
丰沙铁路位于北京西部，起自北京铁路枢纽丰台西道口，经北京市的三家店、落坡岭、沿河城，河北省的幽州、官厅至沙城。丰沙线在丰台西道口与京广铁路接轨，在沙城与京包铁路相连，全长106公里，沿线分别有大台支线、门头沟支线和东北环线引入。丰沙线由于沿永定河而行，具有坡度小、运能大的优点。
丰沙线的修建开始于抗日战争期间。主要是由于京包铁路关沟至八达岭段山陡坡大，行车速度低，运输能力小，且因地形限制不易改造，于是日本人于1940年开工修建这条铁路。
但到1945年日本侵略军投降停工时，该工程只完成部分桥隧及路基土石方。
新中国成立后，为适应运量增长需要，解决京包铁路关沟段技术条件限制，铁道部决定修通丰沙铁路，并于1952年9月开工，1955年6月建成，同年11月1日交付运营。该线是在边勘测、边设计、边鉴定、边施工情况下建筑的。它与京包铁路北京至沙城段并行，在大秦铁路开行前承担北京-沙城间90%的运量，成为晋煤外运的重要通道。
丰沙线建成后，由于运量不断增长，于是在1959年4月再次进行了局部技术改造，但仍不能满足运输要求，于是1963年1月又开始了增建二线工程。1972年10月，二线正式开通并交付运营。1984年12月，丰沙线再被改建成双线电气化铁路，并成为北京铁路枢纽的第一条双线、自动闭塞、电气化的现代化铁路干线。
七、京原铁路
京原铁路起自石景山南站，向西南经北京市的十渡，河北省的白涧、紫荆关、涞源，山西省的灵丘、平型关、薛孤镇至原平站，全长419公里，是一条北京直通山西的铁路干线。
京原线是在北京市地下铁道工程开工后决定建筑的一条与地铁接轨以进入西部地区的战备线，开工于1965年5月。1969年9月，石景山南至良各庄提前开通。全线于1971年10月正式通车，1973年1月由北京铁路局接管运营。
京原线建成后逐渐成为晋煤外运的通道。为尽快提高晋煤外运能力，发挥现有设备潜力，缓和丰沙大和石太线的运输紧张局面，铁道部在1975年至1981间、1982年至1984年间对京原线进行了两次技术改造。改造后的京原线实现了内燃机双机牵引，牵引定数由2200吨提高到3500吨，年运输能力由设计的1000万吨提高到1500万吨。
八、京通铁路
京通铁路起于北京铁路枢纽的昌平站三道中心，经北京市昌平、顺义、怀柔、密云，河北省隆化县，内蒙古赤峰市，至内蒙古通辽市。京通线在昌平站引入北京铁路枢纽范围，在范各庄站与怀范联络线(怀柔-范各庄)相连，并分别与京承线、锦承线衔接，是沟通关内外的第二条铁路干线，全长805.77公里，全部为单线。
京通线于1972年10月开工兴建，1977年12月全线接轨通车，1980年5月交付运营，1981年6月1日起全线正式开办运营。
1984年，为适应晋煤外运的剧增，京通线扩能技术改造开工。在北京铁路枢纽内的主要工程是：增建预留会让站；平义分、怀柔北增加股道；范各庄至怀柔北间增建二线等。该工程于1987年竣工。
京通线建成通车后，与京沈铁路实行物资分流，改变了主要由京沈铁路承担山海关内外繁重运输任务的格局，减轻了原有铁路的压力，对加强民族团结与发展民族经济也起到了积极的作用。
九、京秦铁路
京秦铁路西起北京铁路枢纽的双桥站，经河北省三河、玉田、丰润、狼窝铺、抚宁到达秦皇岛市。京秦线不仅是晋煤外运的重要通道，同时也是中国内地铁路首次部分利用外资修建的双线电气化铁路干线。该线利用了日本海外协力事业团贷款项目，并引进了自耦变压器等先进技术设备。
京秦线全长290公里，其中双桥至狼窝铺段，长159公里，是原通坨铁路的一段，修建京秦铁路时在该段增建了二线。狼窝铺至秦皇岛东全长131公里，为新建双线。通坨铁路的狼窝铺至坨子头一段40公里作为京秦铁路、京山铁路的联络线。
1981年9月京秦铁路双线工程开工，1983年12月全线铺轨通车，1984年7月交付运营，1985年11月全线电气化贯通。在京秦线建设中特别注意两头有关工程的建设，如北京铁路枢纽中丰台西下行系统扩建工程等12项目的建设，从而形成综合运输能力。京秦线的建成满足了晋煤外运直接下海转口的需要。
2001年8月，京秦线北京至狼窝铺段长147.3公里的提速改造工程开工。该工程还包括北京铁路枢纽的机务配套工程。工程分两期安排：一期工程安排全段自闭、电气化设备的改造，北京铁路枢纽配套工程的建设，丰润至狼窝铺段线路的改造，燕郊至蓟县50公里线路按时速每小时200公里的改造，并进行工程实验等；二期工程将通州至丰润118.3公里全段提速至每小时200公里。2003年6月京秦线提速改造工程全线开通。
十、大秦铁路
大秦铁路西起大同铁路枢纽的韩家岭站，经河北省宣化、怀来与京张铁路相交，进入北京市的延庆、昌平后，在怀柔又与京承铁路相接，然后再经平谷、天津市、河北省遵化，至秦皇岛柳村站，全长653.02公里，是以运煤为主，开行重载单元列车的双线电气化铁路。
大秦线按一级铁路设计，分两期施工。第一期工程从大同到大石庄，正线长410.82公里，1985年1月正式开工，1988年9月铺轨完成。第二期工程从大石庄到秦皇岛，正线长242.2公里，按单线电气化铁路修建，预留二线，1988年开工，1992年12月全线开通运营。
大秦线最初的设计输送能力为5000万吨/年，1995年至1997年完成了1亿吨配套工程，设计输送能力达到1亿吨/年。从2004年开始通过集疏运系统的整体改造，采用一系列先进重载技术，大量开行1万吨和2万吨重载列车，2004年运量突破1.5亿吨，同比增长27%，超过设计能力5000万吨；2005年运量达到2.03亿吨，相当于再造一条大秦线。
