从首都煤运线到跨国干线
蒙古纵贯铁路连接苏联铁路网、蒙古首都乌兰巴托与中国铁路网。蒙古境内的主要通道由北部苏赫巴托尔，经达尔汗、乌兰巴托、乔伊尔和赛音山达，抵达南部扎门乌德，再与中国二连浩特相接。它把人口与生产活动较集中的北部地区和戈壁通道连在一起。
蒙古此前已有铁路：1938年建成的纳来哈至乌兰巴托煤运线长43公里，轨距750毫米；东北部通向乔巴山的线路则是另一套网络。1947年，从边境纳乌什基方向通往首都的新干线启动，北段先行接通，南段随后延伸，形成纵贯蒙古的通道。
合营公司与工程责任
1949年6月6日，苏联与蒙古在乌兰巴托签订协定，设立“乌兰巴托铁路”股份公司。协定第1条追认工程已于1947年9月开始，规定修建1524毫米宽轨单线，并把全线行车和完成全部工程、进入正常运营分作不同阶段。
初始股本为8亿图格里克，苏方出资4.08亿、蒙方3.92亿，比例为51比49。董事会由双方各派三人组成，蒙古方担任董事长，苏方担任副董事长；铁路局长由苏方人员担任。苏方施工管理机构负责勘测和建设，蒙古政府协助调集劳力、畜力车辆与当地材料，并为人员和设备跨境提供条件。
参考：[1]
505施工局与北段初通
苏联内务部1947年9月10日第00955号命令，将工程交给铁路建设总局，组织第505施工局，由费奥多尔·格沃兹杰夫斯基领导。施工体系包含劳改营，命令还把日本战俘劳动列入部署。技术人员调配、材料运输和强制劳动共同构成这段铁路建设的组织基础。
内务部1949年11月3日的报告记载，404公里正线已于10月25日铺轨完毕，11月3日开放列车运行，并安排11月6日由苏赫巴托尔开出首发庆典列车。报告列出土石方约870万立方米，同时承认住宅和配套设施仍在续建。北段随后经历临时运营，至1950年12月交付永久运营，通车与工程移交相隔一年有余。
向南穿越戈壁的工程
1952年9月15日，中蒙苏三国达成直接铁路运输协定。苏联与蒙古承担乌兰巴托至扎门乌德、再到国境的建设，中国修筑集宁经二连至国境的线路。蒙古段在1952年展开勘测设计，1953年进入施工；业主是乌兰巴托铁路公司，第505施工局按承包合同施工，工程款依核定进度支付，铁路军事建设部队也负责部分区段。
南段延续宽轨单线标准，蒸汽机车运行使可靠给水成为关键。戈壁沿线缺少现成建材与稳定水源，建设者需要修井、运水，配建砖厂、石料和混凝土生产设施。特列季亚科夫依据工程档案记录了路基压实、排水和道床质量等验收问题；建设者与业主通过检查、整改和工程款结算推进线路交付。
参考：[3]
1956年开始三国联运
到1955年底，乌兰巴托至集宁之间的线路建成。1955年12月31日，蒙古首都举行乌兰巴托至北京直达铁路通车典礼；1956年1月1日，中蒙苏三国开始铁路联运；1月3日又在中蒙国境举行接轨典礼。三国政府于1月4日发布的联合公报分别记载了这些阶段。
这条线路把蒙古北段与中国铁路接通，成为北京经蒙古前往苏联方向的通道。公报以改善三国间客货运输和经济联系说明其作用。对蒙古而言，铁路运输不再止于首都与北部边境，而能沿同一条南北轴线接入中国一侧的集宁铁路枢纽。
参考：[4]
货运走廊与轨距边界
开通初期，中国集宁至二连段也采用宽轨。1965年该段改为1435毫米标准轨，交接换装设施由集宁移至二连浩特，此后中蒙边境的轨距转换成为跨境运输的重要作业环节。
亚洲开发银行2021年的铁路评估将这条约1110公里的蒙古南北主通道视为该国铁路运输骨架。铁路尤其承担煤炭、矿产品等长距离大宗货物运输；跨境货运、国内供应和沿线城镇因而通过同一条干线联系起来。其运输作用取决于沿线生产、边境作业与线路能力的配合，也保留了最初单线建设带来的容量约束。