京張鐵路連接北京豐臺，經居庸關、沙城、宣化至河北張家口，全長約201.2km，1909年竣工。它是中國第壹條不使用外國資金和人員，由中國人建成並投入運營的鐵路(在京張鐵路建成之前，中國有新城至高碑店的新義鐵路，也是詹天佑修建的，但只是為慈禧太後修建的。詹天佑曾任鐵路建設總工程師，後擔任京張鐵路局總經理。
這條路“隔著高山峻嶺，圬工最多，橋有七千多尺，險難他處”，尤其是“居庸關、八達嶺，山多彎陡，各省都試過，最難，即太西書也視此類工程為極難”。“從南口到八達嶺，高度相差180尺，每隔40尺，就要加高壹尺。”中國自己的京張鐵路的消息出來後，外國人諷刺說，修建這條鐵路的中國工程師大概還沒出生吧。詹天佑勇敢地承擔了總工程師的艱巨任務，鼓勵工程師們為國爭光。他親自帶領工程隊勘測定線，從勘測的三條線路中選出造價較低的壹條。從西直門到張家口，途經沙河、南口、居庸關、八達嶺、懷來、紀明郵政、宣化。這條線路最難走的是南口到八達嶺的關溝段，不僅地勢陡峭，坡度也很大。在青龍橋附近的八達嶺，為了穿越燕山山脈杜軍山陡峭的山溝，22公裏的線路段采用了“人”字形軌道，列車是通過折返爬坡的。但是坡度還是33.7‰，需要兩臺機車牽引。鐵路上有四條隧道，其中八達嶺隧道長1.092米，采用豎井法開挖。居庸關隧道長400米。此外，還有壹座200米長的鋼架結構懷來大橋。
京張鐵路9月4日開工，1905。詹天佑和鐵路工作人員壹起，成功完成了居庸關和八達嶺兩個高難度隧道工程。四年後，11年8月6日竣工，10年10月2日通車。而且建造費用也比當初預算節省了35.2萬兩銀子(有人說節省了28.2萬兩銀子)。總造價僅為過去國外承包商收取價格的五分之壹，可謂花得少、質量好、完工快。在鐵的事實面前，外國人不禁為之折服。京張鐵路是中國人自己設計建造的第壹條鐵路，是中國人民和中國工程技術界的光榮，也是中國近代史上中國人民反帝鬥爭的勝利。1922年在青龍橋火車站豎立詹天佑銅像，1987年在附近修建詹天佑紀念館。當時所有進京的公交車都要停車半小時，祭奠詹天佑銅像和紀念館。
今天的京張鐵路是京包鐵路在北京和包頭之間的第壹段。由於原京張鐵路官溝段通過能力較差，在豐臺至沙城(懷來)之間修建了65438至0952間的富沙線。豐沙線走的是詹天佑當年認為比較好的路線，但因為成本太高被迫放棄。豐沙線壹直是煤炭運輸的重地。1972豐沙線改建為復線，1984電氣化。現在很多旅客列車已經分流到豐沙線。