Во многом позитивные сдвиги в развитии железнодорожного транспорта в 1880—1890-е годах были связаны с деятельностью С Ю. Витте. Несмотря на то что его служба в ведомстве путей сообщения была непродолжительной, ему удалось добиться реализации многих продуктивных идей. В частности, тарифное дело было поставлено под контроль государства (передано в Министерство финансов); была упразднена местная железнодорожная инспекция и утверждена общегосударственная служба, на которую возлагалось наблюдение за исполнением законов, инструкций и правил. Продолжая свою деятельность на посту министра финансов, Витте проводил политику сосредоточения железных дорог в руках государства — путём выкупа частных дорог и строительства новых за счёт казны. В итоге выкупа государством главных частных линий с 1894 года железные дороги начали приносить прибыль.
Впоследствии С Ю. Витте писал: «Я не преувеличу, если скажу, что это великое предприятие было совершено благодаря моей энергии, конечно, поддержанной императором». Подчеркивая стратегическую значимость Транссиба, П. А. Столыпин в выступлении в Думе отмечал, что «никакие крепости не заменят путей сообщения».
В годы русско-японской войны Транссиб стал магистралью, обеспечивавшей русские войска. По дороге было перевезено 2 млн военнослужащих вместе с артиллерией, обозами и другими грузами.
Деятельность железнодорожного ведомства получила высокую оценку на страницах зарубежной прессы. Так, английская газета «Таймс» писала о Транссибе и министре путей сообщения: «Железная дорога с самого начала доказала свою эффективность, а её служащие компетентность… Если и был человек в России, способный более чем кто-либо другой помочь своей стране избежать военной катастрофы, то это был именно князь Хилков».
Идея строительства дороги была выдвинута впервые в 80-е годы XIX века. В 1888 году в Русском техническом обществе обсуждался проект постройки тихоокеанской железной дороги через северную оконечность Байкала, после чего в июле — сентябре 1889 года под руководством полковника Н. А. Волошинова велись глазомерная съёмка и обследования на маршрутах от реки Ангары через Байкальский и Северо-Муйский хребты в долину реки Муя и между рекой Буя и рекой Чёрный Урюм — как раз по тем местам, где сейчас пролегла трасса БАМа.
Изыскатели, учитывая сложные физико-географические условия и слаборазвитую экономику, сделали вывод о громадных трудностях и непомерных расходах при прокладке дороги. Был выбран южный вариант трассы в районе озера Байкал.
В 1906 году в России вновь начала обсуждаться идея «Второго Транссиба». В районе реки Амур также в то время велись обследования трассы с целью прокладки железнодорожного пути от золотодобывающих приисков в районе реки Бодайбо, обеспечения связи этих районов с Транссибирской магистралью. Инициатива исходила от частных лиц и предпринимателей.
Однако идея сооружения второй широтной железнодорожной магистрали через северную оконечность озера Байкал в дореволюционный период и вплоть до 1930-х годов не получила практического разрешения.
В 1924 году Совет Труда и Обороны СССР утвердил перспективный план строительства железных дорог страны. В бумагах впервые обозначены контуры будущего «Второго Транссиба».
В 1926 году Отдельный корпус железнодорожных войск начал проводить топографическую разведку будущей трассы БАМа. Материалы были использованы в 1930 году при разработке предложений правительству о прокладке второго широтного пути через Сибирь. Тогда дорога впервые получила условное название «Байкало-Амурская магистраль». В 1931 году были проведены рекогносцировочные изыскания на участке Бам (Бамовская) — Тында.
В 1932 году вышло постановление СНК СССР «О строительстве Байкало-Амурской железной дороги», по которому было создано Управление строительства БАМ, были развёрнуты проектно-изыскательские работы и началось строительство. Впервые на картах появляется станция Бам (на Транссибе). Определено генеральное направление трассы БАМ с опорными пунктами Тайшет — север Байкала — Тындинский — Ургал — Комсомольск-на-Амуре — Советская Гавань. Начато строительство линии Бам — Тындинский (позднее — Малый БАМ).
Основной проблемой строительства стала нехватка рабочих рук. При официально установленном количестве работников в 25 тысяч человек удалось привлечь только 2,5 тысячи. В результате вышло второе постановление СНК СССР, по которому строительство БАМа было передано особому управлению ОГПУ. В 1933 году проложены небольшие рокадные линии Транссибирской магистрали к намечавшейся трассе БАМа: Бам — Тында, Волочаевка — Комсомольск-на-Амуре, Известковая — Ургал.