南下主持恢复萍醴铁路工程。在督修中他坚持用4英尺8寸半（1.435米）的标准轨距进行修筑使全国铁路轨距统一以便互相连接使运输畅通。萍醴铁路于光绪二十九年（19o3）竣工通车。此后该路展筑至株洲成为连接湖南江西、浙江等省铁路干线的组成部分。

关内外铁路被英俄两国占领后清廷任命袁世凯为关内外铁路督办大臣胡燏棻为会办负责与英俄交涉收回所侵占的铁路。光绪二十八年（19o2）八月詹天佑奉命离开了萍醴铁路工地返回关外接收被俄国强占的关外铁路。以往詹天佑主持修建的线路、桥梁、机车等由于帝国主义者的践踏此时大多已经损坏尤其是车辆遭受的破坏极为严重。詹天佑抓紧时间日夜抢修仅用了不到两个月的时间就使关外铁路恢复通车了。是年詹天佑的官阶由报捐而得的选用州同升为候选同知。

光绪二十八年（19o2）秋清廷宣布于次年春季拜谒西陵。为便于慈禧太后等人“御驾”往来决定从河北新城县高碑店到易县良各庄修筑一条新易铁路（也称西陵铁路）全长43公里限期六个月完成并拨官银6o万两作为筑路费用由直隶总督兼关内外铁路督办大臣袁世凯主管筑路之事。他原拟把工程交给英人金达主持法国公使闻讯起而抗争认为卢汉铁路是用法国借款修筑的新易线系其支线坚持要由法国工程师来设计建造英法两国为争夺筑路权而相持不下。在无可奈何情况下袁世凯只好放弃任用外国工程师的打算改任詹天佑为新易铁路总工程师。詹氏仓促受命经过周密策划于是年十一月动工次年三月谒陵前竣工。这是中国人完全依靠自己的力量修建的第一条铁路。

1《进呈粤海图说折》见《张文襄公全集·奏议二七》卷27。

光绪二十九年（19o3）三月慈禧等乘坐火车谒祭西陵后甚为满意对詹天佑和司机进行嘉奖将其乘坐的火车车箱中的全部陈设品作奖品奖给詹天佑。詹天佑认为此路建成是众人之功非一人所为。因此他只取其中一个小座钟作为建路纪念其余则都分给筑路员工。此后清廷又奖励承造新易铁路出力人员以“候选同知詹天佑曾在外洋学习工程专门多年为中国工程中杰出之才此次承修路工正值隆冬天气措手綦难该员不避艰辛督率各匠役勤奋趋事得以迅竣工而用费亦极节省实属异常出力”。而“提升为选用知府”1其余出力承修路工及官员均获奖励和提升。光绪三十年（19o4）铁路督办大臣盛宣怀聘请詹天佑为中国铁路总公司（设事务所于上海）工程顾问以协助筹划卢汉、沪宁、粤汉等南北干线铁路。

自1888—19o5年间詹天佑除了19o1年奉命督修萍醴铁路外主要参与修建关内、关外铁路及营口支线共长94o余公里。尤其是新易路的建成极大地鼓舞了中国人自力修建铁路的勇气和信心詹天佑也因独立设计和主持修成这条铁路而蜚声全国这些都为他日后主持京张铁路工程创造了条件。

11896年2月15日詹天佑致诺索布夫人的信。

第四节修筑京张铁路大展宏图张家口是屏藩北京西北的军事重镇也是重要的南北贸易要冲。为繁荣经济、巩固政权光绪三十年（19o4）清廷批准督办铁路大臣袁世凯及其会办大臣胡燏棻的奏请拨用关内外铁路的部分余利修建北京至张家口的京张铁路。这一消息传出后英俄两国为争夺筑路权而互不相让。因关内外铁路余利存在英国汇丰银行里如要拨用必须先同中英公司协商于是他们乘机要挟举荐英人金达担任总工程师。俄国公使则出面反对声明以往清、俄两国有约规定长城以外铁路不能由第三国承建并乘机胁迫清廷指派俄人担任总工程师。英、俄两国相持不下最后清廷决定不用洋人全由中国“官款自办”并委派詹天佑负责京张铁路的筹建工作。

光绪三十一年四月（19o5年5月）京张铁路局在天津成立同时又在北京成立工程局任命陈昭常为总办詹天佑为总工程师兼局务会办。19o6年詹天佑接任总办。19o5年5月当詹天佑奉命率队由丰台出勘踏路线时金达竟然同时由唐山出以行猎为名别有用心地秘密勘测这条线路5月2o日两人在南口不期相遇金达对詹天佑说：“从南口到岔道城之间的路线（关沟段）困难程度大大出他的料想中国人不能承担开挖山洞工程必须采用外国包工他愿招人投标承揽合同。”詹天佑明确告诉他此线“袁总督已奏明皇上不使用外国人”。金达说“不使用外国人一事乃是谎言！”1国外还有一些人和报刊公开宣称：“中国能开凿关沟段之工程师尚未诞生于世！”1“中国人想不靠外国人自己修铁路就算不是梦想至少也要过五十年才能实现！”2等等国内也有一些丧失民族自尊感的崇洋媚外者嘲笑詹天佑“自不量力”、“胆大妄为”等等。这些蔑视和嘲笑没有影响詹天佑的坚强信心他怀着强烈的爱国心和事业心毅然承担了这项具有国际影响的筑路任务。

詹天佑认为修筑铁路选线最为重要。为了寻找一条理想路线詹天佑不仅多方搜求资料实地考察勘测而且还亲自访问当地农民征求意见。他常常骑着毛驴在崎岖的山路上勘查。白天翻山越岭晚上还要伏在油灯下计算、绘图、撰写工程日记。历时4o多天往返行程千余里于6月24日终于完成全线初测任务。当时对京张铁路勘测了三条比较线：一是由京奉铁路柳村车站起经西直门到南口沿关沟越岭在八达岭过长城出岔道城再经康庄、怀来、沙城、宣化而达张家口。这条线峰峦起伏尤其是从南口到岔道城一带的关沟地段要在悬崖绝壁上修筑一条陡险的铁路穿过古称“天险”的长城要塞居庸关、八达岭。铁路通过八达岭必须开凿一座很长的隧道坡度极陡工程浩大而运输量又受到限制。二是从张家口经怀来县、延庆州、小张家口沿着热河至北京的大路经得胜口过山再过明十三陵、黄土梁到北京。这条是由老乡所说可绕过关沟地带的线路但路程绕远坡度也很大工程并不简单。