Широкое распространение в эксплуатационной практике получил метод выноса жезлов к стрелкам. Для увеличения пропускной способности железных дорог, особенно на прифронтовых участках, применялись отжимные стрелки, двусторонняя блокировка на двухпутных линиях, позволяющая делать обгон по левому пути, укладка второго пути на отдельных участках и тяжелых перегонах. Для ускорения продвижения особо важных поездов использовался метод «живой блокировки»: на дорогах устанавливались посты, помогавшие следить за движением каждого состава.
Работники железнодорожного транспорта добились сокращения простоев на узловых и сортировочных станциях путем новых приемов скоростного формирования и сортировки поездов, введения особой системы подготовки маршрутов, оперативной информации о подходе поездов.
Работники научно-исследовательских институтов помогли железнодорожникам разработать графики и методику погрузки и разгрузки вагонов, поступавших на промышленные предприятия. В результате их применения значительно сократились простои подвижного состава на заводских путях. Проводились также мероприятия по более рациональному использованию станционных путей.
Наряду с высокими эксплуатационными результатами железнодорожники добивались улучшения качественных показателей: повышали безремонтный пробег паровозов, снижали удельный расход топлива, изыскивали пути для использования в паровозных топках любых типов топлива (смеси углей, дров и угля, торфа и угля, отсева угля из шлаков и т.п.), повышали вес поездов.
Благодаря героическим усилиям работников железнодорожного транспорта и проявленной ими творческой инициативе срочные грузы продвигались с большей скоростью не только на отдельных участках, но и на целых направлениях. Осенью 1941 г. воинские эшелоны с людскими резервами и вооружением продвигались для защиты Москвы со скоростью 800—850 км в сутки. Такой скорости движения товарного поезда не удавалось добиться даже в мирных условиях.
Несмотря на чрезвычайно сложные условия эксплуатации и разгар эвакуационных перевозок, железнодорожный транспорт обеспечил срочную переброску под Москву крупнейших резервов и оказал неоценимую помощь советским войскам. К концу ноября 1941 г. закончилось сосредоточение воинских резервов и вооружения. 5—6 декабря 1941 г. Красная Армия перешла в контрнаступление и нанесла сокрушительный удар гитлеровским захватчикам. В разгроме немецко-фашистских войск под Москвой огромную роль сыграли железнодорожные коммуникации. Железнодорожники полностью оправдали известный в годы войны лозунг: «Железнодорожный транспорт — родной брат Красной Армии».
Трудная работа легла на плечи железнодорожников по восстановлению железных дорог в освобожденных районах. В результате разгрома немецко-фашистских войск под Москвой, Ростовом и Тихвином зимой 1941/42 г. было освобождено около 5 тыс. км железных дорог. Восстановительные работы требовалось осуществить в самые короткие сроки.
В начале января 1942 г. ГКО возложил всю ответственность за восстановление и эксплуатацию железных дорог в освобожденных районах на НКПС, которому были переданы железнодорожные войска и предоставлены необходимые материальные средства. При НКПС было создано Главное управление военно-восстановительных работ, а на фронтах — управления военно-восстановительных и заградительных работ. Несмотря на массированные налеты фашистских самолетов и ранние сильные морозы, разрушенные железные дороги быстро восстанавливались благодаря мужеству и героизму гражданских и военных железнодорожников.
Очень трудным для транспорта страны был 1942 г., когда грузооборот железных дорог по сравнению с 1940 г. уменьшился более чем в 2,1 раза. Для оказания помощи транспорту партия и правительство провели ряд организационных мероприятий. По решению Политбюро ЦК ВКП(б) в феврале 1942 г. при ГКО был образован Транспортный комитет под председательством И. В. Сталина. На Комитет была возложена координация деятельности всех видов транспорта, осуществление комплексного планирования перевозок и принятие необходимых мер для улучшения работы транспорта. По решению ГКО в составе НКПС были созданы Центральное управление движения для централизованного руководства движением поездов, специальные управления по восстановлению мостов, депо и связи, управления воинскими перевозками, подвижными локомотивными бригадами, паровозными колоннами, подвижными ремонтными мастерскими и т.д. Кроме того, были созданы военно-эксплуатационные управления при каждом фронте и военно-эксплуатационные отделения резерва, которые, продвигаясь вслед за фронтом, могли эксплуатировать участок на глубину наступательной операции.