穿越东北的干线与南部支线
东清铁路又称中东铁路，是俄国在中国东北修建、与西伯利亚铁路相接的线路体系。东西干线从满洲里附近的中俄边界进入中国，经哈尔滨到绥芬河附近出境，再接俄境线路通向海参崴。由哈尔滨向南，经长春、奉天通往旅顺，并联系大连港的线路，则是后来取得修筑权的南部支线，二者组成以哈尔滨为枢纽的丁字形网络。
1896年9月8日，清政府与华俄道胜银行签订铁路合同，约定成立公司修建、经营铁路。合同规定采用与俄国铁路一致的五英尺宽轨，并由清政府委派督办处理监督和交涉事务。1898年的旅大租地安排又为南部支线提供了依据；这条通往辽东港口的线路不能与原定东西干线混为一段工程。
哈尔滨成为施工中心
1897年，公司聘任尤戈维奇为总工程师兼工程总局局长，伊格纳齐乌斯为副手。施工初期需要反复勘测路线：不仅要考虑跨越大兴安岭的坡度，也要比较河流通航、水患、人口分布和征地条件。1897年举行开工典礼后，工程逐渐由筹备进入分段施工。
1898年，工程机构从海参崴迁到哈尔滨，南部支线也开始从哈尔滨和旅顺方向推进。哈尔滨地近松花江，既能统筹东西干线，又能向南分拨人员器材。建设部门在这里设置办公室，使一处河运集散地同时成为铁路的组织中心。
器材转运与筑路劳工
线路深入内陆，器材能否抵达工地直接影响施工。经海参崴输入的物资，先由乌苏里铁路运到伯力，再装上公司轮船，沿松花江运抵哈尔滨后分送各处。南部工程还利用旅顺、营口等口岸接收车辆、钢轨和其他器材，其中一部分购自美国费城。铁路的兴建因此依赖海运、既有铁路和内河航运的连续衔接。
工程技术人员主要来自俄国，大量筑路劳工则从山东、河北、上海以及沿线地区招募。1896年合同已要求地方官协助雇工、筹集船车马匹和粮草，并规定公司按市价支付。实际施工中的土石方、铺轨和材料搬运，使中国劳工成为工程推进的重要力量。
桥梁、宽轨与越岭线路
五英尺轨距约合1,524毫米，使东清铁路能够与俄境相邻线路衔接，但不同于中国其他铁路常用的1,435毫米标准轨。跨河和越岭工程则需要针对地形组合使用梁桥、拱桥、隧道与展线。哈尔滨附近的松花江大桥采用钢梁和石质桥墩，为铁路跨越大河提供通道。
一项2022年的铁路遗产研究依据原始图册统计，满洲里至哈尔滨、绥芬河的东西干线曾有645座桥，其中214座拱桥、431座梁桥；这个统计不包含南部支线。大兴安岭施工初期先用临时迂回线路输送人员和材料，正式隧道与螺旋展线到1904年才替代临时线。全线开始运营后，局部永久工程仍在继续完善。
1901年贯通与1903年交付
1900年的义和团运动及俄军在东北的军事行动中，线路多处受损，南部支线尤其需要重建。修复和续建随后同时推进。肯特1907年的铁路史记载，1901年11月3日最后一段钢轨接通；书中所录维特电文明确区分了可以开展的临时运输与尚待完成工程后的永久正常运营。
因此，1901年对应的是接轨贯通和临时通行。1903年7月，铁路转入正式营业阶段，7月14日工程局把铁路移交管理局，霍尔瓦特主持运营机构。即使已经能够通行列车，桥隧、车辆、站场和管理体系也须经过陆续建设、配置与交接，才形成较稳定的运输系统。
新通道与初期经营的限度
铁路把东北内陆与俄国铁路、辽东港口联系起来，旅客远行有了新的选择，也带动哈尔滨的铁路机构、修理设施和居住区发展。但通车并不意味着传统运输立即消失。肯特观察到，1903年前后旅客服务已有改善，货运安排和运价却未充分适应当地贸易，车运和河运仍保持作用。
1904年日俄战争又使运输受到军事需求支配。1905年战后安排将长春以南的铁路权益转交日本，南满铁路由此与俄方保留的东西干线及北段支线分开。东清铁路最初作为同一体系建设的线路，随后进入不同的经营阶段。