К проектированию и сооружению магистрали привлекались высококвалифицированные кадры русских инженеров-путейцев, мостостроителей, техников. Основным недостатком проекта была однопутность Сибирской магистрали, что предопределило ее низкую пропускную способность. Весь путь был разбит на 12 участков, строившихся поэтапно начиная с мая 1891 г. На постройке дороги ежегодно трудилось 60–80 тыс. рабочих. За восемь с половиной лет был проложен рельсовый путь длиной свыше 5 тыс. верст, что не имело примеров в мировой практике тех лет. Вся постройка магистрали заняла 15 лет из-за сложности прокладки пути через скалистые горы Забайкалья. Большинство линий (60 %) сооружалось путем частных подрядов, остальные — казенно-хозяйственным способом. На подрядах, монополизированных небольшой группой предпринимателей, наживались миллионные состояния. Строительство, значительно превысив первоначальные сметы, вызвало перенапряжение государственного бюджета.
Казенное железнодорожное строительство в конце XIX в. разворачивалось главным образом на окраинах империи и было связано с военно-стратегическими и экономическими задачами. Последние безусловно присутствовали в строительстве линии Пермь — Котлас с целью увеличения протяженности Сибирской магистрали и связи ее с Архангельском как основным внешнеторговым портом на Севере России. Средств продолжить дорогу от Котласа до Архангельска не нашлось, поэтому грузы, прежде всего сибирский хлеб, далее отправлялись по Северной Двине. Интенсивное железнодорожное строительство велось в Средней Азии и Закавказье. Завершение в 1900 г. строительства ветви от Владикавказа к Грозному и вдоль Каспийского моря к Баку позволило включить Закавказские магистрали в общероссийскую сеть железных дорог. В европейской части казенное строительство небольших линий военного назначения велось только в Польше и некоторых западных губерниях, что содействовало уплотнению их сети.
Частное железнодорожное строительство в 1890-х гг. сосредотачивалось в Европейской России. Еще 5 новых линий было проложено от Москвы — крупнейшего торгово-промышленного центра. Началось строительство железной дороги из Петербурга в направлении Киева. Значительно увеличилось количество линий, связывающих зерновые районы страны с Волгой. Это строительство уплотняло железнодорожную сеть Европейской России, но не ликвидировало неравномерность ее распределения. Промышленный центр страны оставался слабо связан железнодорожными путями с Уралом, а сеть железных дорог между Волгой и Уралом была просто ничтожной по сравнению с ее густотой на Юге России и в Юго-Западном районе. На восток страны не шло ни одной линии от большинства портов Верхней и Средней Волги. На Севере европейской части единственную железную дорогу Ярославль — Вологда продлили до Архангельска. Уральская железнодорожная сеть оставалась слабой в сравнении с ЦПР, Польшей, Прибалтикой. Кроме магистрали, идущей через Урал, с запада на восток страны построили линию, связавшую Челябинск — Екатеринбург — Пермь — Вятку и уходившую на север к Котласу. В отличие от других регионов Урал практически не имел железных дорог, проходящих с севера на юг, что, собственно, и создавало густоту железнодорожной сети.
В 1900–1904 гг. железнодорожные линии России увеличились только на 9 тыс. верст (менее 2 тыс. в год). В дальнейшем их прирост продолжал снижаться. С 1910 г. среднегодовой прирост сети составлял всего 700 верст, дав общее увеличение дорог за пятилетие лишь около 5 %. По оценкам же современников, экономические интересы страны требовали ежегодного прироста железнодорожной сети не менее 5000 верст. Протяженность всех железных дорог в Российской империи в 1913 г. составляла свыше 68 тыс. верст; низкой оставалась доля дорог с двойной колеей — всего 25 %. Плотность железнодорожных линий Европейской России, составляя 1 км дорог на 100 кв. км, значительно уступала Западной Европе — 6,5 км. С учетом плотности населения в европейской части империи специалисты начала XX в. считали, что железнодорожная сеть страны отставала от уровня развития европейских государств в 2 раза. Компенсация этого недостатка в 1911–1914 гг. увеличением нагрузки на перевозки или достигла предела, или к нему вплотную подошла. Это внушало опасность возникновения в стране железнодорожного кризиса, который и разразился в 1915 г.
В транспортной системе России в начале XX в. сохраняли свое значение водные артерии, хотя судоходство и использование рек для сплава леса были ограничены их замерзанием. Общая длина природных сплавных и судоходных участков в европейской части составляла почти 180 тыс. верст, а в азиатской — около 100 тыс. верст. К этому добавлялось небольшое количество искусственных водных путей, т. е. каналов и шлюзованных участков рек, — около 4 тыс. верст. Из-за неразвитости железнодорожной сети на Урале и Севере европейской части водные пути играли основную роль. Для ЦПР и Поволжья бассейн Волги имел существенное значение в перевозке таких грузов, как хлеб, мука, строительные материалы, нефть. Перевозка грузов по внутренним водным путям составляла к 1913 г. около 1/3 всех грузов, перевезенных по водным и железнодорожным. В конце XIX — начале XX в. в России не проводилось усовершенствования и развития природных водных путей. Только в 1912 г. государственные затраты на эти цели были повышены, составив 21 млн руб. против 14 млн руб. в 1910 г., а на 1913 г. испрашивалось свыше 27 млн руб. В Германии на 74 тыс. верст гораздо более усовершенствованных судоходных путей ежегодно тратилось по 1,5 тыс. руб. на версту. Если бы Россия следовала такой же норме (а для российских рек в силу неблагоприятных природно-климатических условий требовалось несомненно больше), то ее ежегодные расходы только по европейской части должны были составить 61 млн руб. Не способствовала развитию водного транспорта ограниченность парового речного пароходства. Во внешнеторговых операциях России в начале XX в. использовался торговый морской флот, на долю которого приходилось 52 % ввоза и 70 % вывоза товаров. Флот включал в свой состав немногим более 1 тыс. паровых судов и 2,5 тыс. парусных.