Строительство железной дороги между Санкт-Петербургом и Москвой началось в июне 1843 года. Движение на отдельных участках было открыто в 1846 году, а официальное открытие дороги длиной 604 версты (645 километров) состоялось в ноябре 1851 года. В Москву отправился первый поезд с 192 пассажирами. Состав состоял из паровоза, двух мягких, трех жестких и одного багажного вагона.
В 1855 году дорога получила свое официальное название в честь императора Николая I — Николаевская. Строительство магистрали стало настоящим прорывом для развития общественного транспорта и положило начало созданию в России железнодорожной сети общегосударственного значения. Линия проектировалась под колею шириной 1524 миллиметра, ставшую впоследствии стандартной на русских железных дорогах, в отличие от более узкой европейской колеи.