Надо заметить, что Николай, получивший военно-инженерное образование, всегда испытывал живой интерес к железным дорогам. В конце 1816 года, в возрасте 19 лет будущий царь даже специально ездил в Англию, где познакомился с успехами британской промышленности. Там он обратил внимания на первые паровозы Стефенсона, которые перевозили добытый уголь из шахт. По легенде, сам Стефенсон пригласил Николая Павловича на платформу  локомотива и даже предложил ему бросить в топку несколько лопат угля. Так царь стал «первым русским кочегаром».В начале 19 века в России была построена первая железная дорога между  Царским Селом и Петербургом, которую современники называли «дачной», «прогулочной» и «увеселительной», однако император уже видел в ней начало серьёзного общегосударственного проекта. В конце 1830-х годов правительство направило инженеров  П. Мельникова, Н. Крафта и других в Европу и Америку для изучения зарубежного опыта строительства железных дорог. Их отчёты  окончательно убедили царя в перспективности нового начинания. Однако, долгое время сопротивление проекту шло от царских министров, причем, у каждого из них были свои аргументы.

К примеру, министр финансов Е. Ф. Канкрин жаловался на нехватку денег в казне, министр внутренних дел Л. А. Перовский опасался, что с развитием железных дорог будет сложно ловить преступников, которые разбегутся по всей Империи. И даже  главноуправляющий путями сообщения К. Ф. Толь считал, что построить «железку» на наших ландшафтах просто невозможно.

Впрочем, царь проявил твердую волю и объявил, что «сооружение железной дороги между столицами вполне возможным и полезным, что к исполнению сего должно быть немедленно приступлено, и что насколько он убеждён в необходимости и пользе сооружения железной дороги между столицами, настолько же он считает не  нужным пролагать теперь железные дороги в других местностях России». 1 февраля (13-го по новому стилю) 1842 года был подписан Высочайший указ об учреждении Особого комитета и Строительной комиссии для устройства Петербургско-Московской железной дороги.Вокруг этой дороги существует масса легенд, одна из них -  будто бы Николай I собственноручно прочертил на карте по линейке маршрут будущей дороги и случайно обвёл свой палец, которым придерживал линейку, а исполнительные строители так и построили неожиданную «загогулину» посредине почти идеального ровного маршрута дороги . На самом деле, накануне строительства колеи были проведены серьёзные изыскательские работы, в которых принимал участие майор американской путевой службы Д. Уистлер. Исследованиями занимались семь изыскательских партий, укомплектованных выпускниками и студентами  Института Корпуса инженеров путей сообщений.  Первый вариант маршрута предусматривал прямой путь через  Бологое на Тверь и Москву, второй  планировался с заходом в Новгород, а затем на Бологое. После тщательного анализа, предпочтение отдали первому – прямому маршруту. Хотя в ту пору ходили слухи, что это решение пролоббировали питерские купцы, которые не хотели дать своим конкурентам из Новгорода доступа к железной дороге.  Строительство дороги началось 1 августа 1842 года, и уже к лету следующего года работы  развернулись по всей её протяжённости. Строилась эта дорога 8 с лишним лет.

За это время был проведён фантастический для тех времён объём работ: перемещено 97 млн кубометров земли, построены 278 искусственных сооружений, в том числе 8 больших мостов, 182 средних и малых моста, 69 труб и 19 путепроводов.  Только по болотам и топям трасса шла на протяжении более 200 км, то есть, практически треть пути (длинна трассы – 650 км). На строительстве дороги были заняты около 60 тысяч человек, а общая стоимость её составила 72,4 млн рублей – деньги  по тем временам фантастические!Официальное открытие Николаевской, как её позднее назовут, дороги состоялось 1 ноября 1851 года. Первый поезд дошёл из Петербурга до Москвы за 21 час 45 минут.