初测完成以后，詹天佑决定采用通过关沟的一条线路，于是又调配人员分别全面进行复勘定线，把全线分成三段。第一段由丰台至南口，詹天佑自行插标，由副工程师陈西林、学生张鸿浩、徐士远等详细测量定线；靠近南口山麓地势高的部分，由副工程师俞人风、柴俊畴勘定。第二段由南口到康 庄，中间要经过关沟。由南口至八达岭虽仅二十余公里，但高度均在 600 米 左右，须开凿大约 1080 米以上的隧道，由陈西林、张鸿浩勘测。至于八达岭 隧道的定线。则派副工程师颜德庆，工程员张鸿浩、苏以昭等负责。第三段 由康庄至张家口，由副工程师翟兆麟，学生刘锜、李鸿年、耿瑞芝，练习生 吴廷叶、傅菊樵等负责。

勘测之后詹天佑即将勘测的情形向清政府做了如下的报告： （一）全路里程按驿站计 420 里，以测量路程计 360 里，此路中隔高山峻岭，石工最多，桥梁又有 7000 余尺。路险工艰为他处所未有，每里约估银 两万两（仍俟细勘方能估实数目）。

（二）第一段由丰台修至南口，长 104 里，从速动工约年余方可竣工，随即行车卖票，冀得少获余利，且于转运材料亦较为直接。 （三）第二段由南口修至岔道城，长 33 里，拟俟第一段开工后，即派精细工程师分驻关沟地方详细勘测，两相比较，视何路为最宜，即由何山开凿，赶紧动工。

（四）第三段由岔道经怀来、宣化达张家口，长 223 里，关沟山洞一时 难以竣工，所有该段材料，只可先用骡车由大道转运，陆续兴工，一俟山洞 凿通，而第三段工程亦将告成。若两端同时并举，期以三年余约可全路通行。 惟铺垫碎石以及零碎工程，尚须一年之久，方可一律完善，约计四年余，若 款项应手则全路可以告成。

（五）余路商务，居庸关设有道捐局，专收车辆牲口捐，查其所收捐册 约计每日用马车骡驼转运货物，经过该局有 2 万担之谱，由京往来张家口货 物，现在每担约需时价银一两二钱，每人约需车价银三两五钱，若将来由火 车装运每担车脚以二钱五分核算，全车 360 天约可收货票银 180 万两，客座 每里以二钱五来换算，每日以五百客座计之，全年 360 天约可收客票银 259200 两，统计货票客票两项，每年约有进款银 2059200 两。

（六）全路养路费，每里每日约需银十两，以全年 360 天核算，共约需 银 1296000 两。此路之外，既无河道，又无别路可以转运。且车马骡运脚价 亦昂，即车价稍为增加未尝不可。但创办伊始，商旅骤闻车价昂贵，众皆裹 足，以故车价愈贱而招徕愈广，则进款亦愈多。查泰西各国，铁路定价最廉， 凡遇商贾往来，格外优待，绝无留滞，以故年盛一年。俟第一段路工告竣， 当即严定章程，庶几运务日盛，而利源日溥，即京榆全路进款亦可借此日增。
（七）查宣化府属之鸡鸣山煤苗颇旺，已有用土法开采，其煤质亦似甚佳，于机器厂火车锅炉或可适用。若遣派矿师赴该山查勘，果系可用，再行设法开采，则京张全路借资利用，既省转运之费，取值亦廉，并可运销各处，而全路进款亦日益加增。

（八）查怀来县属之新保安山，素产硬煤，为该处居民所日用，如遣矿师查勘鸡鸣山煤矿时，可就便勘验，如煤苗果旺，似宜一并开采，即就地销售亦必流行。若再由火车运销各处，则车价较驼运取值尤廉，于本路进款，裨益更多。

（九）如能开采以上两矿，先有三利：本路免购开平煤炭，既省运费，又可就近装用，利一。该矿出煤愈多，转运别处销售必由火车装运，则车脚日多，利二。由火车装运，车价既廉，则民间日用益多，其煤价亦必照现在减少，而民间更乐为购用，且附近小民，更可借该矿工作以谋生，利三。在勘测线路的报告中，詹天佑科学地分析了修建京张路的价值，着重地说明了京张铁路的经济价值，并对此路未来的发展做了足够的估计，同时，又精打细算力求提高工程质量并且节省费用。同年六月初八日，詹天佑将修造京张路的办法，并附详细的图表说明送请袁世凯、胡橘棻审查批准。在复测中，詹天佑不管在何种恶劣的条件下，始终精神饱满地坚持工作。他亲自率领工程人员，背着标杆、经纬仪在悬崖峭壁上定点制图，塞外经常狂风怒号，刮得满天灰沙，一不小心就有被卷入深谷的危险，但詹天佑始终坚持工作，并鼓励大家一起坚持。他为了寻找一条最好的线路，不仅多方搜求资料，而且亲自访问当地的农民，征求意见。他常常骑着小毛驴在崎岖的山径上奔驰。白天翻山越岭，晚上还要伏在油灯下绘图计算，他在工作的时候总是想到：这是中国人用自己的人力财力建设的第一条铁路，如果选线不好，不仅延长了里程，增加了造价，被那些外国人讥笑，还会使中国工程师失掉自筑铁路的信心，所以必须出色地完成这任务。

当京张路决定通过关沟的消息传出后，外国工程界纷纷议论：中国工程师决不可能修筑这样艰巨的工程。有的甚至说：中国会修关沟段铁路的工程师还没有诞生呢？但詹天佑却有充分的信心把这条路修好。 光绪三十一年（1905 年）九月初四日，京张铁路开工。首先收购沿线所需要的土地。京张铁路以丰台东六里许的柳村 60 号桥为起点，丰台至柳村一 段系租用津榆路已有的路轨。由柳村至广安门外一段，系改筑津榆路原修的 颐和园铁路的旧路基，津榆路所收购的土地，其未偿地价由京张路补发。广 安门以北的土地则系京张路自购。线路所经地区，除民地外，还有许多清旗 族的土地。这些土地名义上有四种：一种叫“圈地”，即所谓“跑马占地”， 凡旗族租地、敕建寺院、各王府，旗族义地、内务府和各牛录等都属此种。 一种为官地，就是各衙门的属地，学田、抄产、官山、官河、官荒、官道、 官义地等，都属此种。另二种为“民私产”和“旗私产”，都需按价收购。 官地可以勘用，而各衙门地，学田、抄产及圈地，是地主永久租给农民的， 因而须按照佃地之例付给佃价，按年纳租。所以在购地开始时，即规定购地 章程 25 条，所订的地价以光绪二十九年（1903 年）津榆路局所定收购柳村 到广安门外一带地价为根据。