国家主持的两城干线
十九世纪四十年代，俄国政府决定把行政中心圣彼得堡与内陆大城莫斯科用铁路相连。此前已有皇村铁路，但短距离线路的经验不能直接解决数百公里干线的资金、桥梁和运营问题。帕维尔·彼得罗维奇·梅利尼科夫与尼古拉·奥西波维奇·克拉夫特考察欧美铁路后，参与拟订线路和运输收支方案。
1842年2月13日，按当时俄历为2月1日，尼古拉一世下令建设这条铁路，并明确由国库负担。专门委员会最初负责统筹，随后工程纳入交通及公共建筑主管机关，彼得·克莱因米赫尔掌管该部门。沿线分成南北两区，梅利尼科夫负责圣彼得堡至博洛戈耶方向，克拉夫特负责通往莫斯科的南区。
路线选择与工程队伍
全线主干约644.6公里，按双线铺设，轨距定为五英尺，即1524毫米。工程师比较过绕经诺夫哥罗德和较直接的走向；后者可缩短线路，最终获准采用。路线的相对笔直来自勘测与经济比较，并非沙皇随手用尺画线就完成选址。
1842年展开勘测，1843年夏开始大规模建设。森林、沼泽和缺少道路的地段，使人员和材料运送十分困难，施工者需要从既有公路修筑横向便道。工程队伍包括交通工程师学院的教师与毕业生；美国工程师乔治·华盛顿·惠斯勒受邀担任顾问，参与轨道、车辆及通信问题的讨论。
土方背后的承包制度
路基需要大量开挖与填筑，多数土方依靠人力、手推车和马匹运送，只有个别深挖地段使用进口蒸汽挖掘机。桥梁、车站和大型建筑分列为专门施工单位，工程师检查技术和进度，雇工报酬及生活供给却主要掌握在承包商及层层分包者手中。
参加修路的农民并非都以同一种身份受雇，其中包括农奴和国家农民。乌罗德科夫依据合同、投诉和政府报告记述，拖欠工钱、任意扣款以及食品和衣物收费侵蚀了劳动所得。简陋棚舍、湿冷环境与疾病又加重负担。梅利尼科夫曾建议以个人结算簿写明工价和扣款条件，但工程部门没有据此建立有效保障。
分段运行与全线通车
铁路是在施工中逐段投入使用的。1847年，圣彼得堡至科尔皮诺试验段开行；1849年向丘多沃延伸，南区特维尔至上沃洛乔克也出现列车运行。这些区段能够搬运材料或运送乘客，尚不表示两座终点城市已可直达。桥梁收尾、沉降路堤修补、供水和车站设施仍需完成。
1851年8月，军队及皇室列车先后通过全线。正式公众运营则在公历11月13日，即儒略历11月1日开始。首班列车从圣彼得堡11时15分发车，次日9时抵达莫斯科，含添水和补充燃料的停车，历时21小时45分。两端站房由康斯坦丁·安德烈耶维奇·托恩设计，把售票、候车、行李与站台服务集中起来。
开通以后仍在完善的通信
长距离列车运行要求各站及时掌握到发和延误情况。铁路施工期间，鲍里斯·雅可比与惠斯勒已受命研究沿线电报；最初采用地下导线，绝缘不良和故障难找的问题却反复出现。电报试用、全线投入以及后来改用架空线路属于不同阶段，通信系统并未随着通车仪式一次完成。
库德里亚绍夫的研究记述，地下电报在1851年试用，1852年进一步投入运行，随后于1853—1854年间推进架空化。论文还刊载卡尔·吕德斯1854年的建议：各停车站应设置电报设施，发车前取得下一站关于线路空闲的通知，以防较快客车追上受阻货车。铁路运营由此需要车站之间持续交换信息。
参考：[3]
从两城交通到铁路网干线
初期旅客列车兼有邮政和行李车辆，干线服务同时面向人员往来、邮件和货物。约一昼夜的跨城旅程，使两座城市之间形成可按时刻组织的联系。沿线车站、水煤补给、车辆修理与通信人员，构成列车能够连续运行的配套体系。
到十九世纪六十年代，莫斯科一端接入更多通往内陆的铁路。乌罗德科夫指出，线路不再只是两座城市之间相对独立的连接，东部与中部地区的货物也进入这条干线。1851年的全线开放建立了两城运输通道，后来铁路网的连接才进一步扩大了它的集运范围。