По мере интенсификации движения и перехода на более совершенную тягу число железнодорожных катастроф росло. Если в 1873 году общее число несчастных случаев на железных дорогах составило 720, то в 1874-м — уже 948. Общее число пострадавших составило соответственно 782 и 1045, причем в последнем случае 398 погибли, а 647 человек отделались ранами, увечьями и ушибами. Непосредственная причина всех несчастий на железных дорогах лежала в неосторожности служащих: то стрелочник неправильно установил путь, то усталый машинист не заметил нужного сигнала. Большая часть пострадавших приходилась на самих служащих железных дорог, но и пассажирам доставалось тоже. Одна из самых страшных катастроф в истории отечественного железнодорожного транспорта случилась на Одесской дороге.
В декабре 1875 года поезд с новобранцами должен был следовать из Балты в Одессу, но не по расписанию, а по телеграфному соглашению между смежными станциями, если путь между ними был свободен. В то самое время на участке насыпи, проходившей у Тилигульского оврага между станциями Балтой и Бирзулой, производилась замена лопнувшего рельса; рутинная работа, о которой начальники станций понятия не имели. Дорожный мастер, руководивший работой, по халатности не обставил опасное место сигналами (об опасности сигнализировали красными флажками), как он по инструкции должен был сделать для того, чтобы проходящий поезд смог вовремя остановиться.
Разыгралась сильная вьюга и метель; мастер, сняв рельс и оставив его на месте, отправился со своей бригадой в будку передохнуть, отогреться и напиться чаю. Как раз в это самое время вне расписания и был отправлен транспорт с новобранцами из Балты. Поезд рухнул с насыпи как раз в том самом месте, где был снят рельс. Под насыпью была устроена труба для отвода талых вод (диаметром в 4 сажени). Упав с насыпи, поезд загорелся, а сильный ветер, проходя сквозь трубу, раздувал огонь еще больше. Когда С. Ю. Витте со своим начальством прибыли на место происшествия (в 186 верстах от Одессы), они увидели страшную картину — та часть поезда, которая упала в овраг под трубу, сгорела дотла. 67 молодых парней нашли смерть в Тилигульском овраге; 70 человек были изувечены. Многочисленных раненых увезли в Одессу и там поместили в военный госпиталь.
Тилигульская катастрофа наделала много шума ввиду невиданного числа пострадавших. Либеральная общественность, а ее голос в эпоху Александра II был силен, требовала козлов отпущения, каковые и явились в лицах Н. М. Чихачева (адмирал свиты его величества, которому подчинялась дорожная администрация) и С. Ю. Витте (начальник службы движения дороги). Хотя С. Ю. Витте формально был ни при чем, так как служба пути ему не подчинялась, он, Н. М. Чихачев и дорожный мастер, непосредственный виновник, скрывшийся с места трагедии, были приговорены судом к одинаковой мере наказания — четырехмесячному заключению в тюрьме. Однако к отбытию наказания приступить он не успел — грянула Русско-турецкая война 1877–1878 годов.
Главный театр военных действий находился на Дунае, и Одесская железная дорога сделалась важнейшей магистралью, по которой войска и военные грузы доставлялись к местам боевых сражений. В обратном направлении перемещались раненые и больные, которых было немало. Под одной только Плевной русские войска потеряли десятки тысяч ранеными и больными, не говоря уже о массе убитых.
Как начальнику службы движения, С. Ю. Витте приходилось общаться с самим императором Александром II: являясь фактическим управляющим дорогой, он был обязан сопровождать монарха в передвижениях по магистрали. Встречался он и с наследником престола, будущим императором Александром III: «Первый раз я видел его, когда он, только что женившись на принцессе Дагмаре (нынешней императрице Марии Федоровне), приезжал в Одессу и посетил Новороссийский университет в то время, когда я был там студентом»34.
Одесская железная дорога, как прифронтовая магистраль, была передана под начало главнокомандующего русскими войсками брату царя великому князю Николаю Николаевичу.
Опыта железнодорожных перевозок крупных войсковых соединений на дальние расстояния Россия накопить еще не успела. Составы, как уже говорилось, ходили с небольшой скоростью; почти на всем протяжении Одесская дорога была вообще в одну колею. Катастрофически не хватало вагонов и паровозов. Для переброски пехотной дивизии в составе 4 полков тогда требовалось примерно 20 поездов; шестибатарейной артиллерийской бригады — 11 поездов; подвижного дивизионного лазарета — 2 поезда. Пришлось учиться на собственных ошибках. То количество подвижного состава, которое по мобилизационным планам причиталось Одесской дороге, она получила лишь частично и с нарушением всех графиков передачи. В то же самое время в спешном порядке и с немалыми трудностями сооружалась Бендеро-Галацкая стратегическая дорога, что еще в большей степени увеличило нагрузку на линию.