Поначалу в штрафных бригадах, трудившихся на строительстве дороги, было 300 человек. К 1 июля 1863 года их число возросло до 2,5 тыс. Однако наиболее сложные работы выполняли артели вольнонаемных.
Строительство шло быстро. Уже 7 ноября 1863 года была совершена пробная поездка, а 3 декабря 1865 года состоялось торжественное открытие дороги — пассажирский поезд отправился из Одессы в Балту от временного дебаркадера, устроенного внизу Николаевского бульвара на берегу моря7. 4 декабря 1865 года открылось регулярное движение между Балтой и Одессой и между станцией Раздельной и Кучурганом. Длина дороги составила чуть больше 210 верст.
Для приемки дороги от строителя в казенную эксплуатацию была назначена особая комиссия. Она проработала почти год. Все железные дороги и тогда, и в более поздние времена принимались от строителей в эксплуатацию с большим или меньшим объемом недоделок. На Одесской дороге не было произведено укрепления откосов, ширина балластного слоя не соответствовала проектным размерам, верхний щебеночный слой был рассыпан не везде, а кое-где даже не заготовлен; нижний песчаный слой был где более, а где менее должной толщины; в трубах через глубокий Тилигульский овраг (в 13 верстах от станции Балта) оказались серьезные повреждения, потребовавшие немедленной переделки; дома для дорожных мастеров и сторожевые будки вообще отсутствовали. Еще одно слабое место дороги состояло в средствах связи. Комиссия записала в приемочном акте: «Телеграфная линия устроена в одну проволоку и требует перестройки, по недостаточному размеру и углублению в землю столбов, недостаточному числу и диаметру проволочных проводов и неудовлетворительному укреплению к столбам, к чему во время освидетельствования дороги было уже приступлено»8.
1 сентября 1866 года Одесско-Балтская дорога поступила в заведование Министерства путей сообщения. Приемочная комиссия министерства обратила внимание на то, что снабжение дороги подвижным составом было «крайне недостаточным». По предположению комиссии, 28 паровозов, 85 пассажирских вагонов, 12 багажных и 770 товарных (включая сюда и платформы) не в состоянии обеспечить должную рентабельность всего хозяйства. Комиссия постановила для «…усиления …подвижного состава заказать 23 паровоза, 8 тендеров для подвозки воды к станции, где водоснабжение неудовлетворительно, 600 товарных вагонов для возки зернового хлеба; приспособить поезд для императорской фамилии и приобрести запасные части для паровозов» на сумму 1 млн. 700 тыс. руб.9
1 млн. 100 тыс. было ассигновано для сооружения складов под зерновой хлеб, под удлинение платформ, увеличение мастерских для ремонта подвижного состава. Паровозы и тендеры были заказаны заводу Зигеля в Вене (своего паровозостроения Россия тогда еще не имела). Одесским мастерским предстояло построить 600 крытых товарных вагонов для зернового хлеба и соли: Куяльницкая ветка протяженностью 8 с небольшим верст проходила по предместью Пересыпь в направлении Куяльницкого соляного лимана. Вся дорога, по оценке Министерства путей сообщения, обошлась в 16 млн 400 тыс. руб., или 68 тыс. в пересчете на версту, не считая процентов и расходов на приобретение строительного капитала.
Ее эксплуатация обещала массу трудностей. Одесско-Балтская линия проходила по территории малонаселенной, со слаборазвитой промышленностью. В целях удешевления строительства ее прокладывали по водоразделам, тогда как населенные пункты располагались вдоль глубоких балок. Подъезд к станциям железных дорог в ряде случаев был сильно затруднен. И это еще не все. Как известно, паровозам требуется вода, причем в больших количествах. Дорога же проходила по местности безводной. Вырытые на станциях колодцы, местами со значительной глубиной (до 50 и даже до 80 саженей), не давали необходимого количества воды, так что потребовалось развозить по станциям воду из Одессы почти по всей дороге в особо устроенных тендерах и вагонах, которые должны были возвращаться в Одессу порожняком10.