中央停車場以北の建設については日本鉄道側の予算事情などによって先送りされることになり、まず官設鉄道の中央停車場以南の高架線が建設されることになった。この高架橋は複々線（4線）として建設され、そのうち2線を電車線と呼んで山手線と京浜線（後の京浜東北線）用に、もう2線を列車線と呼んで東海道本線と横須賀線用に用いることになった。1899年（明治32年）の地質調査から開始され、翌1900年（明治33年）に5つの工区に分けて着工した。しかし同年の義和団の乱（北清事変）や1904年 - 1905年の日露戦争など、戦乱による工事の中断が相次いだ。日露戦争後工事は再開され、さらに鉄道国有化により東京中心部の主要な鉄道はすべて国の手に帰したことから東京の鉄道網全体を国が責任を持って整備する体制が整った。1907年（明治40年）9月には煉瓦アーチ橋が、さらに1910年（明治41年）9月には架道橋の部分がそれぞれ全面完成した。この完成した高架線を利用して、山手線の電車が1909年（明治40年）12月16日に品川から烏森（後の新橋）まで、1910年（明治41年）6月25日に有楽町まで、そして9月15日には現在の永代通りに面して建設された仮駅の呉服橋まで開通した。東京駅が完成するまでのおよそ4年間、山手線の電車はその工事中の構内を通り抜けて呉服橋駅に発着していた。中央停車場については、1902年（明治35年）7月から高架橋の工事がまず始められた。駅舎についても、1908年（明治41年）3月25日に基礎工事が開始された。この時点で駅舎の設計そのものはすべて完了していなかったが、上部構造の概要が固まっていたことや、1912年（明治45年）に東京で万国博覧会を開く計画があったことなどから、当局が工事速成を要望して設計完了前に着工されたものとされている。ただし博覧会については予算の超過や準備の遅延から結局中止となっている。工事監督は金井彦三郎、基礎工事の指揮は今村信男、建築工事の指揮は小笠原鈅が担当した。建設を請け負ったのは関西を地盤とする当時新興の建設業者大林組で、指名競争入札により落札した。大林組としては、大阪電気軌道（現：近畿日本鉄道（近鉄））の生駒トンネルの工事と並んで、社業を発展させる二大工事と称された。大林組の工事は大変入念で、完成後に練達の検査官が検査をしても1つも欠点を発見できないと舌を巻いたほどで、鉄道院から褒状が送られている。基礎工事としては地表から3.6 mまで掘削したところに3.6 - 7.2 mの長さの松杭を60 cm間隔で合計11,050本打ち込み、その上に厚さ1.2 mの基礎コンクリートを打ち、さらに平鋼と丸鋼を格子状に並べたうえで再びコンクリートを打って完成させた。松杭は青森営林局から調達したもので、また鉄骨柱を建てる場所に礎石として配置した花崗岩は茨城県稲田産のものであった。鉄骨は一部八幡製鐵所（現：新日鐵住金）製の国内産の他、イギリスおよびアメリカからの輸入鋼材が使用され、石川島造船所（後の石川島播磨重工業・現：IHI）が製作・組立を請け負った。1909年（明治42年）10月1日から1911年（明治44年）7月31日にかけて鉄骨の製作が行われ、現場での組み立ては1910年（明治43年）8月1日着工、1911年（明治44年）9月12日完成となった。使用された鋼材は約3,500トンに達する。壁体および床は1911年（明治44年）4月20日着工、1913年（大正2年）5月18日完成となった。煉瓦は構造用に日本煉瓦製造製のものを約767万個イギリス積みで、化粧用に品川白煉瓦製のものを92万7000個小口積みで使用し、目地の仕上げは覆輪目地とされている。他に、腰回り、入口、窓枠、車寄せ、馬車回り、柱形装飾などは花崗岩と擬石漆喰塗を混用した。皇室用の部屋は寄木張り、大理石敷き、白木格天井などで仕上げたが、一般用の部屋は1階に敷瓦・人工石敷・アスファルト敷、2・3階にコンクリート上に木造床、天井は漆喰塗などとなっている。屋根は銅板葺およびスレート葺で、スレートには宮城県雄勝産の約32万枚を用いている。南北の八角形大広間のドーム天井には、鷲の像や十二支をモチーフにしたレリーフ、兜や鎧など日本的なモチーフをデザインした装飾などが取り付けられている。電気工事、給排水工事、暖房工事などを含め、1914年（大正3年）12月15日に竣工となった。基礎工事の着手から6年9か月かかったが、設計が完了する前に基礎工事を始めてしかもそれが順調に進んだことから、基礎工事完了後設計が完了して建物の鉄骨組み立てが始められるまで1年1か月あまり工事が中断しており、実質的な工事期間は5年7か月あまりであった。完成時の東京駅本屋は地上3階、地下1階建、建築面積約7800平方メートル、延べ床面積約2万3900平方メートルで、高さは地盤からドーム上面まで約34.8 m（避雷針を除く）、中央部の軒高は約16.7 m、長さは約335 mであるが南部の斜めに折れ曲がっているウィングを除くと約270 mであった。使用した材料は煉瓦926万6500個、セメント2万8843樽、花崗岩8万3395切、鉄材3500トン、木材1万8200尺、松丸太1万1050本に上った。作業員は延べ74万7294人で、1日平均300人強が働いていたがもっとも現場が忙しい時期には1000人近くが働いていた。工事中に4人が転落事故で亡くなっている。工費は「東京停車場建築工事報告」で集計の時点で282万2005円で、その当時工事中であったステーションホテルの費用約16万円を含めると約298万円に達した。正面から向かって右側（南側）の八角大広間は乗車口で、出札口、一等待合室、一二等婦人待合室、二等待合室、三等待合室、手荷物一時預所及鉄道案内所、小手荷物受取所、食堂、駅長室及事務室などが設置され、また駅舎背面の付属建物の中に一二等用便所洗面所、三等用便所洗面所、公衆電信電報郵便取扱所、物品販売店などが置かれていた。一方正面から向かって左側（北側）の八角大広間は降車口で、待合室、婦人待合室、小手荷物交付所、手荷物一時預所及鉄道案内所、公衆電信電話所、小手荷物倉庫、駅舎背後の付属建物に便所が置かれていた。中央部の皇室口の中には玄関広間、広間の両側に2か所の待合室、休憩室、また階段の上にも待合室が2室用意されていた。この皇室口の北側に隣接して電車用の降車口（電車降車口）がある。また左右それぞれ1か所ずつ、駅舎を貫通して背後に到達する車道があって、資材の搬入に使えるようになっていた。南側の車道の脇に東京ステーションホテルの入口があり、中央より南側の2階・3階はその客室などに使われていた。中央より北側の2階・3階および1階の大半は駅務室であった。地下室は北側と南側にあり、暖房用や給湯用のボイラーがあり、南側にはこの他に調理室、洗い場、食品保管庫などが設けられていた。プラットホームは丸の内駅舎側に電車発着用の2面、八重洲側に列車発着用の2面が用意された。このうちもっとも西側（丸の内駅舎側）の電車用1面のみ幅が30尺 (9.1 m) で、他は40尺 (12.1 m) 用意された。当時としては非常に広いプラットホームで、これは天皇行幸時の歓送迎の儀式に必要な大きさから決められたものであった。長さは電車用が492尺 (149.1 m)、列車用が775尺 (234.8 m) あった。乗車口・降車口・電車降車口と結ぶ3本の通路が高架下に通り、またこれとは別に皇室口から特別通路が設けられていた。さらに手荷物運搬用の通路や、東京中央郵便局と連絡する郵便物運搬用の地下通路なども設けられていた。この他構内には客車用の留置線、洗浄線、検査修繕設備、機関庫などが配置されていた。駅舎や高架線、プラットホーム、通路などを含めた中央停車場の総工費は407万1210円と集計されている。皇居の真正面に駅が建設され行幸道路により直結され、また駅舎の中央に皇室口が設けられたことなど、完成した東京駅は「国家の中心駅」「天皇の駅」としての位置づけが強く打ち出されたものとなった。それは、利便性を無視して乗車口と降車口が200 m以上も離れたところに配置され、さらに当時の東京市街の繁華街であった日本橋に近い八重洲側には出入口が設けられなかったことにも表れていた。これは当時としても批判を招き、当時新進の建築家であった遠藤新は、皇室口が中央にあるために建物内の有機的な連絡を欠き、各部分が自己主張をしてまとまりがないと痛烈な批評を加えている。実用性を無視した設計は、東京駅の利用客の急増が予想をはるかに上回るものだったとはいえ、完成して十数年で駅の機能が行き詰まることにつながり、以降絶えず改築工事が続けられるということになった。これは1937年（昭和12年）完成の名古屋駅が完成後60年以上にわたって大きな手を加えずに供用され続けたことに比して、少なくとも駅舎としての東京駅は失敗作との評価がなされている。