◤為修中國鐵路埋頭苦幹
詹天佑一進入鐵路公司，就負責主持塘沽天津段的鋪軌工程。他看到鮑爾和金達之間的矛盾，不願意留在天津捲進這些糾紛之中。於是，親自下到工地，和工人們一起工作。在80天內，指揮完成了塘沽到天津間的鋪軌工程。1888年9月5日，唐山天津全線通車。李鴻章親自主持通車典禮。當李鴻章坐上唐津線行駛的火車後，他高興地說：「這比坐馬車要舒服多了，既平穩又快。」火車到站以後，李鴻章發表講話：「鐵路『平穩堅實』，橋樑車線均屬合法。計程130千米，只走了三個小時。快到輪船所不及。」他稱讚金達工程師設計得法，表揚了金達的成績，並提升金達為總工程師。詹天佑在鐵路上的初步成績，就這樣被金達竊奪了。鄺孫謀對金達隱吞詹天佑的工作憤憤不平，想要找李鴻章說個清楚。詹天佑反來安慰鄺孫謀說：「算了，廣東有個陳寶禧工程師，他為地方上做了很多事業，也不為人所知。我們為中國鐵路，也應該爭取多修路，不必爭功。」

◤舉世矚目的京張線
京張鐵路的線路測好後，1905年9月4日，正式破土動工，築路的第一件大事就是修路基和徵購沿線所需要的土地。鋪路基的工程是很困難的。詹天佑在日記中這樣寫道：「既沒有機器、又沒有車輛運輸鋼軌，只能利用小平車和人力車來克服困難。」他把家屬遷到工地上，發誓不修好京張鐵路就不回北京。他親自發動群眾，組織人力，和工人同志們一起幹，終於把材料運送到了工地。1905年12月12日，在群眾的歡呼聲中，詹天佑有力地舉起釘道錘，釘下了京張鐵路的第一顆道釘兒。
這次京張鐵路的軌距，詹天佑堅持用1.435米的國際標準軌距。他曾對人說：「鐵路猶如人的血管一樣要能周流全身。鐵路四通八達，工商業才能跟著得到發展。所以，中國真正統一要從鐵路劃一開始。」

◤鞠躬盡瘁
在海參崴和哈爾濱的一個多月中，共召開十多次會議。詹天佑終日看資料，做方案，寫發言稿，與各帝國主義國家代表據理力爭，為了維護國家主權的完整，他堅決反對由所謂「協約國委員」來監管中東鐵路，他說，中東鐵路原由中、俄兩國合辦，而中國又是大戰的參戰國之一，並有保持該鐵路秩序的能力，中東鐵路應歸中國管理。但由於各帝國主義國家的反對和北洋軍閥的腐敗無能，他雖盡了最大的努力，僅得到中東路得以僱用中國工程師的一項權力。
以後，詹天佑又被推選考察車務。在寒冷的東北早春，奔波於海參崴和哈爾濱之間。由於極度勞累，加上氣候寒冷和飲食不調，復發赤痢，病情日益嚴重。4月15日詹天佑不得不離開哈爾濱回到漢口，面對湘鄂路局和漢粵川總公所歡迎他的朋友，他只是有氣無力地說了句：「我身體支持不住了。」1919年4月24日，詹天佑的病勢加劇，哮喘流汗，氣息微弱，語不成聲。由於心臟病和體力衰竭，醫生多方醫治無效，下午三時半，詹天佑與世長辭了，享年僅59歲。