帝國主義的挑釁和嘲諷，更激發了詹天佑的勇氣和決心。他說：”外國人能辦到的，中國人能辦到；外國人辦不到的，中國人也能辦到。”
1905年9月，京張鐵路正式開工。工程之複雜、艱巨，確實是當時世界鐵路史上所罕見的。中段線南口至岔道城一段，地形崎嶇、山巒重疊、峭壁頂天、高低相差600米。還要在山勢陡險的關溝開鑿四條隧道，總長1645米，其中最長的是八達嶺隧道長達1091米。這一地段，地層全是花崗岩。尤其是關溝段的路基坡道長達12公裏，是全線路成敗的關鍵。為了確保工程順利施工，詹天佑把辦事處搬到南口現場指揮。
居庸關隧道工程開工後，許多外國專家以打獵為名，去窺看工程，他們幻想詹天佑失敗，並對清政府施加壓力，妄圖乘機奪取隧道開鑿權。英國金達威脅詹天佑說：”你們中國人完不成開鑿山洞的工程，你們沒有通風機和抽水機，勢必雇用外國包商”。詹天佑義正嚴詞地告訴他們：”中國早已申明，不用一個外國人”。他帶領全體員工，排除了外國侵略者的橫暴幹涉和阻撓，於1908年4月鑿通了居庸關隧道。
八達嶺隧道比居庸關隧道長3倍，全長1091米，工程十分艱巨。他使用了直井開鑿方法，合理組織人力，從山頂上打下兩口直井，分向施工，加上兩端，形成了六個作業麵，同時開鑿，大大加快了進度。長達1091米的八達嶺隧道隻用18個月，縮短工期9個月，於1908年5月全部打通了。在施工過程中，他發現井內炭氣很重，為了不影響工人的健康，就在井下設扇風機連接鐵管，輸入空氣，並用手拉風箱助氧，保證了施工。
隧道工程完工後，詹天佑考慮：八達嶺附近地勢高徒，如果沿山直上，坡度太大，不僅行車危險，而且工程造價更高。經過仔細研究，他創造性地采用折反線的方法，從青龍橋東溝起依著山腰修築”之”字形線路車到這裏，改用大馬力機車兩個，一個在前麵牽引，另一個在後麵助推。車到叉點時，前麵的牽引車變成助推車，後麵的助推車又變成了牽引車，就這樣頭變尾，尾變頭的循環往返，幾十節牢固聯在一起的車廂，就在大馬力機車的牽引下，緩緩地爬上了八達嶺頂峰，既緩解了線路的傾斜度，也免去了調機車的麻煩，這是詹天佑的又一創造成果，這在90多年前是個了不起的成就。
這位傑出的工程師以頑強的意誌和智慧，帶領全體工程人員進行了創造性的勞動，使京張鐵路隻用了四年的時間，比原計劃提前了兩年完工，工程費用僅用了美國金達包商的2／3，結存白銀28萬兩，真正做到了”花錢少、質量高、完工快”。
1909年10月20日，在南口舉行盛大的通車典禮上，到會的中外來賓一萬多人，他們對工程設計和施工的卓越成就給予極高的評價。
1919年4月24日，我國第一位鐵路專家詹天佑在漢口逝世，終年59歲。
詹天佑為我國鐵路建設史上譜寫了光輝的篇章，為中國人爭了氣，為祖國爭得了榮譽。對於他的貢獻，人民永遠不會忘記，曆史也永遠不會忘記！