Строительство главного хода велось с шести направлений: от станции Лена на восток; от станции Тында на восток и запад; от станции Комсомольск-на-Амуре на запад; от станции Новый Ургал на запад и восток. Использовались комплексные методы: наряду с прокладкой железнодорожных линий строились жилые посёлки, культурные центры, учреждения бытового обслуживания, создавались промышленные предприятия. Широко применялись мощная техника и рациональные методы труда, разрабатывалась специальная технология с учётом природных условий. При строительстве земляного полотна на участки, расположенные вблизи карьеров, ещё до укладки пути завозился щебень для первого слоя балласта автомобилями-самосвалами. Балластировка велась сразу вслед за укладкой рельсошпальной решетки, что позволило сохранить земляное полотно, увеличить скорости движения поездов и обеспечить безопасный пропуск тяжёлых грузоподъёмных кранов и платформ со строительными материалами.
При возведении искусственных сооружений были применены прогрессивные конструкции (гофрированные металлические водопропускные трубы, столбчатые опоры мостов вместо свайных, козловые устои, унифицированные бетонные блоки, фундаменты опор из железобетонных цилиндрических столбов), а также способы навесного монтажа, продольной надвижки пролётных строений. В сложных инженерно-геологических условиях велась проходка Байкальского, Северо-Муйского, Кодарского и других тоннелей БАМа. Трудности проходки тоннелей, затягивавшие прокладку трассы, обусловили необходимость строительства обходов, которые обеспечили движение на время пробивки тоннелей. Временные обходы были сделаны у Байкальского (разъезд Даван), Северо-Муйского (разъезд Окусикан), Кодарского тоннелей. Разработаны оригинальные сейсмостойкие обделки тоннелей, методы водопонижения, закрепления обводнённых зон и тектонических разломов.
Большой вклад сделан строителями БАМ в науку о вечной мерзлоте. Был найден способ сохранения вечномёрзлых грунтов с помощью термосвай (жидкостных систем охлаждения). Впервые были разработаны и осуществлены способы управления тепловым режимом с использованием конструкций из сортированного камня, а также с применением пенопласта и геотекстиля. При электрификации участков БАМа найдены нетрадиционные решения сооружения продольных линии электропередачи.
БАМ обеспечивает хозяйственное обслуживание территории в 1,5 млн кв. км. В мировой практике нет примеров эксплуатации построенных участков железной дороги с одновременным продолжением строительства. Первоочередными задачами для дороги при постепенном вводе её в эксплуатацию стали разработка и практическое внедрение методов организации перевозочного процесса в сложных технологических и природно-климатических условиях.
На дороге разработана технология обращения тяжеловесных поездов, определены максимальные весовые нормы поездов с тем, чтобы полностью использовать мощность 4-секционного тепловоза 4ТЭ1 °C (мощностью 8760 кВт), изготовленного специально для работы в условиях дороги. Для повышения весовой нормы поездов проведены различные мероприятия по формированию и отправлению только полновесных и полносоставных поездов, сокращению порожнего пробега вагонов. Выбраны оптимальные весовые нормы поездов на всех участках дороги, составлены режимные карты вождения поездов, определены тягово-эксплуатационные характеристики новых тепловозов 4ТЭ1 °C.
При сооружении магистрали и притрассовых дорог строители за десять лет выполнили более 570 млн куб. м земляных работ, перекинули через реки и водотоки около 4200 мостов и труб, уложили 5 тыс. км главных и станционных путей, построили десятки железнодорожных станций, возвели жилые дома общей площадью свыше 570 тыс. кв. м, открыли новые школы, больницы, детские сады и ясли.
БАМ пролегает по территории Иркутской, Читинской, Амурской областей, Бурятии и Якутии, Хабаровскому краю. Трасса дороги пересекает 11 полноводных рек, таких как Лена, Верхняя Ангара, Витим, Зея, Бурея, Амур, семь горных хребтов: Байкальский, Северо-Муйский, Степовой, Туранский, Кодарский, Дуссе-Алиньский и Тукурингрский; более 1000 километров пути проложено в районах вечной мерзлоты, высокой сейсмичности. На трассе дороги пробито восемь тоннелей общей длиной 25,3 км, построено 142 моста (длиной более 100 метров), более 200 железнодорожных станций и разъездов, четыре основных локомотивных депо в Нижнеангарске, Тынде, Зейске и Ургале, свыше 60 городов и посёлков.