Năm 1845, các nhà thầu tư nhân tại Anh nộp đơn đăng ký để xây dựng mạng lưới đường sắt rộng khắp tại Ấn Độ. Hội đồng quản trị của Công ty Đông Ấn chuyển tiếp chúng tới Toàn quyền Ấn Độ là Huân tước Dalhousie, và yêu cầu một báo cáo khả thi. Hội đồng quản trị lo ngại rằng ngoài những khó khăn thông thường, có thể còn gặp phải một số vấn đề đặc biệt tại Ấn Độ như lũ lụt, bão nhiệt đới tại các khu vực ven biển, thiệt hại do "côn trùng và thảm thực vật nhiệt đới um tùm", và khó khăn trong việc tìm kiếm kỹ thuật viên đủ trình độ với chi phí hợp lý. Do đó, họ đề xuất xây dựng ba tuyến thử nghiệm và đánh giá hiệu suất của chúng.[93]

Năm 1849, các hợp đồng được trao cho Công ty Đường sắt Đông Ấn Độ để xây dựng tuyến đường sắt dài 120 mile (193 km) từ Howrah-Calcutta đến Raniganj; trao cho Công ty Đường sắt Đại Bán đảo Ấn Độ tuyến từ Bombay đến Kalyan cách đó 30 mi (48 km); và cho Công ty Đường sắt Madras tuyến dài 39 mile (62 km) từ thành phố Madras đến Arkonam. Công việc xây dựng đường sắt bắt đầu vào năm 1849 trên tuyến Đường sắt Đông Ấn Độ với kinh phí 1 triệu bảng Anh, nhưng chặng đầu tiên được hoàn thành là đoạn Bombay đến Thane dài 21 mile (33,8 km) vào năm 1853.

Bản đồ các tuyến đường sắt đã hoàn thành và được quy hoạch tại Ấn Độ vào năm 1871, 13 năm sau khi Công ty kết thúc cai trị.

Huân tước Dalhousie thảo luận về tính khả thi của mạng lưới đường sắt Ấn Độ trong Biên bản Đường sắt 1853. Vị toàn quyền này ủng hộ mạnh mẽ việc triển khai đường sắt nhanh chóng và rộng khắp tại Ấn Độ, chỉ ra những lợi ích về chính trị, xã hội và kinh tế. Ông khuyến nghị rằng trước tiên nên xây dựng một mạng lưới đường trục, kết nối khu vực nội địa với cảng chính của mỗi tỉnh, và giữa các tỉnh. Ông đề xuất các đường trục như sau: (i) từ Calcutta thuộc tỉnh Bengal trên bờ biển phía đông đến Lahore thuộc vùng Punjab ở phía tây bắc; (ii) từ Agra tại trung-bắc Ấn Độ đến thành phố Bombay trên bờ biển phía tây; (iii) từ Bombay đến thành phố Madras trên bờ biển phía đông nam; và (iv) từ Madras đến bờ biển Malabar phía tây nam. Đề xuất này nhanh chóng được Ban giám đốc chấp nhận.

Trong thời gian này, các tuyến thử nghiệm đang được xây dựng. Chặng đầu tiên của tuyến Đường sắt Đông Ấn Độ là tuyến khổ rộng từ Howrah đến Pandua được khánh thành vào năm 1854, và toàn bộ tuyến đến Raniganj hoạt động vào thời điểm khởi nghĩa Ấn Độ 1857. Đường sắt Đại Bán đảo Ấn Độ được phép mở rộng tuyến thử nghiệm tới Poona. Phần mở rộng này yêu cầu lên dốc tại thung lũng Bor Ghat thuộc dãy Tây Ghat, đoạn này dài 15 3⁄4 mile (25,3 km) với chênh lệch độ cao 1.831 feet (558 m). Công việc xây dựng bắt đầu vào năm 1856 và hoàn thành vào năm 1863, tuyến này có tổng cộng 25 đường hầm.

Bức ảnh (1858) về cầu cạn Dapoorie bắc qua sông Mula gần Poona thuộc tỉnh Bombay.[94]

Ba công ty (năm công ty khác được ký hợp đồng vào năm 1859) đều là công ty cổ phần có trụ sở tại Anh, có vốn sản xuất được huy động bằng bảng Anh. Các công ty được đảm bảo mỗi năm nhận được 5% số vốn bỏ ra, và được chia một nửa lợi nhuận. Mặc dù Chính phủ Ấn Độ chỉ cung cấp đất nền miễn phí, nhưng họ có trách nhiệm tiếp tục trả 5% tiền vốn trong trường hợp lỗ ròng. Không lâu sau, mong đợi về lợi nhuận giảm dần do chi phí tăng lên.

Công nghệ xây dựng đường sắt vẫn còn mới mẻ tại Ấn Độ, và chưa có chuyên môn kỹ thuật đường sắt tại đây; do đó tất cả các kỹ sư đều đến từ Anh. Những kỹ sư này không quen thuộc với ngôn ngữ và văn hóa của Ấn Độ, cũng như với đặc điểm địa chất và các yêu cầu kỹ thuật đi kèm tại Ấn Độ. Ấn Độ chưa từng có một dự án xây dựng lớn và phức tạp như vậy, và chưa tổ chức được nguồn lao động bán lành nghề để hỗ trợ các kỹ sư. Công trình được thực hiện từng bước, theo cách hết sức thận trọng và cẩn thận, nhưng về sau bị chỉ trích là "được xây dựng theo tiêu chuẩn vượt xa nhu cầu thời đại đó".

Mặc dù việc xây dựng đường sắt bắt đầu trong những năm cuối Công ty cai trị, nhưng những năm này đã đặt nền móng, và công việc này sẽ được tiến hành nhanh chóng trong nửa thế kỷ sau. Đến đầu thế kỷ 20, Ấn Độ đã có hơn 28.000 mile (45.000 km) đường sắt, kết nối hầu hết các khu vực nội địa với các cảng Karachi, Bombay, Madras, Calcutta, Chittagong và Rangoon, và tạo thành mạng lưới đường sắt lớn thứ tư trên thế giới.[95]