モデル線の沿線には平塚（大神）・大磯（生沢）・鴨宮の3つの変電所が設置され、大磯は東日本の50サイクルを西日本の60サイクルの電力系統に置換するための周波数変換変電所の役割を持ち（開業後は饋電区分所となり、周波数変換変電所は大井・綱島・西相模・沼津の4カ所に設置）、平塚と鴨宮には新幹線運行管理システムを設置する信号機械室を併設。変電所内には地震発生時に電力供給を遮断して緊急停止させるための地震計（正式名は警報感震器）を設置し、人為的に作動させて運転停止動作を確認した。なお、当時の機械（SMAC型）は落下球式と倒立振り子式の単純なもので、地震が発生してから作動するものであったため、後の地震動早期検知警報システム（ユレダス）開発の必要性が既に議論されることになった。また、藤沢市用田の線路脇と小田原の弁天山トンネル上の山にATCや列車無線用の通信基地を設置した（両基地局は開業後に中継所となった）。また弁天山トンネルではトンネル内でも列車電話（公衆電話）の通話を可能にするため両坑口脇に中継機アンテナを設置した（実際に車内に公衆電話が設置されたのは1966年）。時速200キロを超える高速運転の新幹線では横風安定性の確保が重要で、模型による風洞実験から風速20メートル以上は警戒が必要になることが判明し、モデル線区間では丹沢山地からの丹沢颪（大山颪）が軌道建設中から懸念されていたこともあり、沿線に風速計を設置して運転指令所へ伝送するシステムを構築、その有効性が確認されたため本線開業時に全線で採用された。
こうして新幹線計画は十河信二国鉄総裁と島秀雄技師長のもとで実現に向かって動き出した。1959年（昭和34年）4月には新丹那トンネル東側坑口（来宮口/来宮駅側）で全線の起工式が行われた。標準軌上を時速200m/h以上のスピードで営業運転する新路線の工事を5年後の1964年（昭和39年）3月に完了させ、東京オリンピック開催までに開業を実現するために、全線開通を待たずに試作車両や新設備の実地試験を行える場、「モデル線」が計画された。高速鉄道を走らせる基礎研究は「原理的には解決済み」であったが、それを実用化するまでにはまだまだテストして解決しなければならない課題が山積していた。国鉄は新幹線を建設する上で最初から最後まで資金調達に苦しんだが、資金調達の一環として世界銀行から8000万ドルの借款を受けることに成功し、1961年（昭和36年）5月に正式調印の運びとなった。これで新幹線は世界銀行にも認められた日本の国家的プロジェクトとなり、たとえ政権担当者が変わっても中止の憂き目を見る心配はなくなった。しかし、計画通りに新幹線建設をやり遂げる責任は一層重くなった。
新幹線建設の中心人物となる十河信二が1955年（昭和30年）5月に総裁に就任した。昭和30年代になって貨客輸送量の増大に伴い東海道線の増強が必要なことは明らかであったが、その方式については十河の推す広軌別線論だけでなく狭軌増設論、狭軌別線論、モノレール論など国鉄上層部の中でも意見が分かれていた。1957年（昭和32年）5月30日に銀座山葉ホールで、鉄道技術研究所創立50周年記念講演会が「超特急列車、東京 - 大阪間3時間への可能性」と題して一般の人にも公開して行われた。これは篠原武司所長の発案で、それまでばらばらに行われていた基礎研究が「鉄道輸送の高速度化研究」としてまとめられ、それまでの基礎研究をまとめれば広軌（標準軌）新線ならば時速250kmの速度で東京 - 大阪間を3時間で結ぶことが技術的に可能であるとして報告された。この講演会には賛否両論が巻き起こったものの、これを契機として国鉄内部でも世論でもこの広軌別線案が力を得るようになる。1957年（昭和32年）7月には国鉄本社に新幹線調査室がおかれ、東海道線の増強について具体的な調査がはじまった（室長は後に新幹線総局局長となる大石重成）。1957年（昭和32年）8月、運輸大臣の諮問機関、日本国有鉄道幹線調査会が設けられ、1958年（昭和33年）7月、幹線調査会は「広軌別線」を5カ年で建設すべきと答申した。1959年（昭和34年）度予算で30億円の東海道幹線増設費が認められ 運輸省の工事認可（東京・大阪間線路増設工事運輸大臣認可）も下りた。
第二次世界大戦の終戦までに、弾丸列車計画により、東京 - 大阪間のルートの何割かはすでに用地買収が済んでいた。のちにモデル線区となる早川 - 相模川間も既買収地区間の一つである。
また鴨宮基地には、新幹線の乗員および保守要員を育成する役割があった。中央鉄道学園小田原分所がおかれ、全国から選ばれてきた精鋭に在来線とは異なる常務実習と知識講習をおこなった。分所長は管理区長の田中隆造が兼務した。
1982年、DJのマーク・ケイミンの仲介で、ワーナー・ブラザース・レコード傘下のサイアー・レコードと契約し、同年10月シングル「エヴリバディ」で歌手デビュー。「エヴリバディ」はビルボード・ダンス・チャートで3位のヒットとなった。1983年、デビュー・アルバム『バーニング・アップ』を発売。全米で500万枚、全世界で1000万枚という成功を収めた。アルバムからは計5曲がシングルカットされ、マドンナにとって初の全英チャートトップ10ヒット曲「ホリデイ」や、初の全米チャートトップ10ヒット曲「ボーダーライン」などが発表された。1984年、2ndスタジオ・アルバム『ライク・ア・ヴァージン』を発売。全世界で2100万枚、全11ヶ国でチャート首位を獲得し、一躍大ブレイクを果たした。アルバムからの第一弾シングル「ライク・ア・ヴァージン」はマドンナにとって初の全米1位曲となり、6週連続1位のメガヒットを記録する。続く第二弾シングル「マテリアル・ガール」も全米2位を記録し、物質至上主義・拝金主義的な女性という意味の楽曲名はマドンナ自身の愛称となった。この頃から全米でマドンナのユニークなファッションを真似た「ウォナビーズ」（Wannabe's）という少女たちが急増し、社会現象となる。1985年1月、アルバム『ライク・ア・ヴァージン』のプロモーションで初来日を果たす。2月、カメオ出演した映画『ビジョン・クエスト/青春の賭け』が公開、そして3月には出演映画『マドンナのスーザンを探して』が相次いで公開された。これらの映画からは、自身二度目の全米1位曲「クレイジー・フォー・ユー」と、自身初の全英1位曲「イントゥ・ザ・グルーヴ」がそれぞれ生まれている。7月、『ライヴエイド』に出演し、「ホリデイ」、「イントゥ・ザ・グルーヴ」、新曲「ラヴ・メイクス・ザ・ワールド・ゴー・アラウンド」の3曲を歌唱した。8月16日、27歳の誕生日に俳優のショーン・ペンと結婚する。同年、雑誌『PLAYBOY』に1979年頃に撮影されたモデル時代のヌード写真が掲載された。