Для защиты железных дорог создавалась широкая сеть противовоздушной обороны, формировались специальные воинские подразделения и железнодорожные войска, которые выполняли огромную работу по заграждению магистралей, преграждали путь врагу в глубь страны, сдерживали его наступление. В первый период войны с целью дезорганизовать работу тыла немецко-фашистских войск железнодорожные войска выводили из строя такие важные объекты, как мосты, путепроводы, станционные устройства.
Позднее была создана специализированная мостовосстановительная организация. Для устранения повреждений, причиненных вражеской авиацией железнодорожному хозяйству, в прифронтовой полосе создавались паровозные колонны, передвижные ремонтные мастерские и военно-эксплуатационные отделения (ВЭО). Паровозные колонны совместно с передвижными ремонтными мастерскими производили замену разрушенных депо, а ВЭО, имевшие в своем составе работников всех железнодорожных специальностей, немедленно восстанавливали пути и движение поездов.
С первых дней войны усилия железнодорожников были направлены на максимальное увеличение пропускной и провозной способности железных дорог. Для того чтобы обеспечить массовые воинские и эвакуационные перевозки, железнодорожный транспорт перешел на скоростное формирование поездов и безостановочный ремонт вагонов. Железнодорожники добивались повышения скорости вождения поездов. За первые 40 дней войны они доставили на фронт 2,5 млн. человек.
Начальный период войны был самым тяжелым для транспорта. На временно оккупированной врагом территории оказалась почти половина всей железнодорожной сети СССР, притом наиболее густой и технически оснащенной. Сократилась и длина речных и искусственных водных путей. Транспорт лишился значительного количества локомотивов, вагонов, речных и морских судов, автомобилей. В начале войны железнодорожники переоборудовали значительную часть пассажирских вагонов для военно-санитарной службы и часть товарных вагонов для перевозки людей, боевых средств и эвакуируемого в тыл заводского оборудования. Между тем промышленность прекратила выпуск вагонов и магистральных паровозов.
В период временной оккупации части территории Советского Союза гитлеровцы вывели из строя 26 и частично повредили 8 магистральных железных дорог; разрушили 65 тыс. км железнодорожной колеи и 500 тыс. км проводов автоблокировки и линий железнодорожной связи; взорвали 13 тыс. железнодорожных мостов, 4100 железнодорожных станций, 1200 насосных станций, 1600 водонапорных башен, 3200 гидроколонок; уничтожили 317 паровозных депо, 129 паровозоремонтных, вагоноремонтных заводов и заводов железнодорожного машиностроения; разрушили, повредили и увезли 15 800 паровозов и мотовозов, 428 тыс. вагонов2
.Транспорт испытывал острый недостаток квалифицированных кадров. Численность рабочих и служащих на всех видах транспорта сократилась по сравнению с довоенным временем на 41%. В составе работников железных дорог значительно повысился удельный вес женщин, достигший на многих магистралях 35—45%. Поскольку новые кадры железнодорожников не обладали необходимой квалификацией, организовывались краткосрочные курсы для подготовки работников всех служб.
В результате ухудшения обстановки на фронтах, больших потерь железнодорожной сети, громадного урона, нанесенного врагом материально-технической и ремонтной базе транспорта, на железных дорогах создались заторы, а также участились крушения поездов. Государственный Комитет Обороны потребовал от Наркомата путей сообщения принятия решительных мер по увеличению пропускной способности железнодорожных узлов и перегонов. В помощь транспорту были выделены материальные ресурсы из госрезерва. На основные узловые станции направлялись ответственные партийные и транспортные работники. При фронтах учреждались должности уполномоченных НКПС.
Героические усилия работников транспорта, органов военных сообщений и Тыла Вооруженных Сил позволили быстро выправить создавшееся положение. Железнодорожники выполнили огромный объем ремонтно-восстановительных работ и провели ряд мероприятий по повышению эффективности использования транспортных средств, увеличению пропускной способности важнейших железнодорожных узлов, расширению подъездных путей к промышленным предприятиям. Широким фронтом продолжались работы по строительству новых железнодорожных линий Орск — Кандагач и Орск — Домбаровка. Ввод в эксплуатацию магистрали Гурьев — Кандагач обеспечил ускорение перевозок грузов с Урала и Сибири на Кавказ и обратно с перевалкой через Каспийское море. Большие работы проводились по увеличению пропускной способности Челябинского, Свердловского, Нижнетагильского, Новосибирского и Кемеровского железнодорожных узлов.