1904年，清朝政府筹建北京到张家口的京张铁路。英俄两国同时争夺修筑权，相持不下。清政府对两方均不敢得罪，只得决定自力修建。1905年聘詹天佑为总工程司（ 今称工程师），外国人嘲笑说：“能修建此路的中国工程司尚未出世”。詹天佑以他崇高的责任感和顽强的毅力，以中国自己的力量，克服重重阻碍，终于在1909年修建成举世瞩目的真正意义上的中国第一条自力修建的铁路，揭开了中国铁路史上的光辉一页，大大鼓舞了中国人民的自信心。虽然，詹天佑除接受了修建四条铁路的邀请外，还怀着热望策划修筑从广州到武汉的粤汉路，以购成实现和京汉铁路连成一条的贯通中国南北的大干线。然而，1911年清政府发出一道把全国商办铁路收归国有的命令，逼迫詹天佑交出粤汉路，使詹天佑感到极度绝望。同年，辛亥革命爆发，清廷覆灭。1912年，中华民国成立，新任临时大总统孙中山先生提出“全国铁路网建设”的宏伟规划，同时提出将原计划修建的川汉、粤汉两条铁路合并成立汉粤川铁路公司，并请詹天佑担任会办。1913年，袁世凯为夺取政权，通缉孙中山，孙中山不得不逃亡日本，修建铁路大权重又落入官僚政府和列强之手，詹天佑修建汉粤川铁路的工作，再度受到重重阻力。他深深感到，修建铁路一事，不能自主，实际上就是列强不愿让中国人控制自己国家的命脉。在这以后数年中，为改变这样的处境，他面对巨大压力，团结周围人士，进行不懈的斗争，继续为中国铁路建设作出巨大贡献。1919年，第一次欧战结束，詹天佑不顾身患腹疾，代表中国政府出席远东铁路国际会议，冒着严寒赴会，与企图霸占中国北满中东铁路的日方代表论战，取得了中国保护中东铁路的权利。回国途中，他抱病再次登上长城，浩叹：“生命有长短，命运有沉升，初建全国铁路网的梦想破灭，令我抱恨终身，所幸我的生命能化成匍匐在华夏大地上的一根铁轨” 。