床的地质构造反复分析比较最后才确定桥墩的位置并且大胆决定采用新方法“压气沉箱法”来进行桥墩的施工。詹天佑的设计果然成功了不久滦河大桥建成通车了。这件事震惊了世界：一个中国工程师居然解决了三个外国工程师无法完成的大难题。
詹天佑初战告捷后立刻遇到了更为严峻的考验。1905年清政府决定兴建我国第一条铁路京张铁路（北京至张家口）。当时英、俄都想插手由于中国人民的强烈反对他们的企图没能得逞。英俄使臣以威胁的口吻说：“如果京张铁路由中国工程师自己建造那么以后与英、俄两国无关。”他们原以为这么一来中国就无法建造这条铁路了。在这关键时刻詹天佑毫不犹豫地接下了这个艰巨的任务全权负责京张铁路的修筑。消息传来一些帝国主义分子及英国报刊挖苦说：“中国能够修筑这条铁路的工程师还在娘胎里没出世呢！中国人想不靠外国人自己修铁路就算不是梦想至少也得五十年。”他们甚至攻击詹天佑担任总办兼总工程师是“狂妄自大”、“不自量力”。詹天佑顶着压力坚持不任用一个外国工程师并表示：“中国地大物博而于一路之工必须借重外人我以为耻！况我中国已经醒过来了中国人要用自己的工程师和自己的钱来建筑铁路。”
1905年8月京张铁路正式开工紧张的勘探、选线工作开始了。詹天佑带着测量队身背仪器日夜奔波在崎岖的山岭上。一天傍晚猛烈的西北风卷着沙石在八达岭一带呼啸怒吼刮得人睁不开眼睛测量队急着结束工作填个测得的数字就从岩壁上爬下来。詹天佑接过本子一边翻看填写的数字一边疑惑地问：“数据准确吗？”
“差不多”测量队员回答说。
詹天佑严肃地说：“技术的第一个要求是精密不能有一点模糊和轻率大概差不多这类说法不应该出于工程人员之口。”接着他背起仪器冒着风沙重新吃力地攀到岩壁上认真地复勘了一遍修正了一个误差。当他下来时嘴唇也冻青了。
不久勘探和施工进入最困难的阶段。在八达岭、青龙桥一带山峦重迭陡壁悬岩要开四条隧道其中最长的达一千多米。詹天佑经过精确测量计算决定采取分段施工法：从山的南北两端同时对凿并在山的中段开一口大井在井中再向南北两端对凿。这样既保证了施工质量又加快了工程进度。凿洞时大量的石块全靠人工一锹锹地挖涌出的泉水要一担担地挑出来身为总工程师的詹天佑毫无架子与工人同挖石同挑水一身污泥一脸汗。他还鼓舞大家说：“京张铁路是我们用自己的人、自己的钱修建的第一条铁路全世界的眼睛都在望着我们必须成功！”“无论成功或失败决不是我们自己的成功和失败而是我们国家的成功和失败！”