詹天佑1905年8月，京張鐵路正式開工，緊張的勘探、選線工作開始了。詹天佑帶着測量隊，身背儀器，日夜奔波在崎嶇的山嶺上。一天傍晚，猛烈的西北風捲着沙石在八達嶺一帶呼嘯怒吼，颳得人睜不開眼睛，測量隊急着結束工作，填個測得的數字，就從巖壁上爬下來。詹天佑接過本子，一邊翻看填寫的數字，一邊疑惑地問：“數據準確嗎”？“差不多”，測量隊員回答説。詹天佑嚴肅地説：“技術的第一個要求是精密，不能有一點模糊和輕率，‘大概’、‘差不多’這類説法不應該出於工程人員之口。”接着，他背起儀器，冒着風沙，重新吃力地攀到巖壁上，認真地復勘了一遍，修正了一個誤差。當他下來時，嘴脣也凍青了。
不久，勘探和施工進入最困難的階段。在八達嶺、青龍橋一帶，山巒重迭，陡壁懸巖，要開四條隧道，其中最長的達一千多米。詹天佑經過精確測量計算，決定採取分段施工法：從山的南北兩端同時對鑿，並在山的中段開一口大井，在井中再向南北兩端對鑿。這樣既保證了施工質量，又加快了工程進度。鑿洞時，大量的石塊全靠人工一鍬鍬地挖，湧出的泉水要一擔擔地挑出來，身為總工程師的詹天佑毫無架子，與工人同挖石，同挑水，一身污泥一臉汗。他還鼓舞大家説：“京張鐵路是我們用自己的人、自己的錢修建的第一條鐵路，全世界的眼睛都在望着我們，必須成功！”“無論成功或失敗，決不是我們自己的成功和失敗，而是我們國家的成功和失敗！”
為了克服陡坡行車的困難，保證火車安全爬上八達嶺，詹天佑獨具匠心，創造性地運用“折返線”原理，在山多坡陡的青龍橋地段設計了一段人字形線路，從而減少了隧道的開挖，降低了坡度。