先述のように橋桁下部空間は鉄道を敷設しうる構造として建設されたが、明石海峡大橋は鉄道を通さない構造で建設されたため淡路島 - 本州間については別途ルートの整備が必要となる。代わりに、紀淡海峡に鉄道を通して和歌山から鳴門に至る、もしくは明石海峡に鉄道トンネルを掘削することで、大鳴門橋を活用しようとする模索は続けられている。2000年4月、徳島県では橋の鉄道予定空間を利用して鳴門の渦潮の見学施設である渦の道を建設し、鳴門公園の新たな観光スポットとして人気を集めている。鉄道建設・運輸施設整備支援機構は2007年度まで紀淡海峡にトンネルを掘るための地質調査を続けてきたが、予算の有効利用の観点から見直しの議論が起き、2008年度は予算を執行していない。2019年9月現在、鉄道部分を利用して、徳島県と兵庫県が共同で自転車専用道路を敷設する計画がある。なお、着工後に四国新幹線建設の見通しが不明確なことと建設費の圧縮を理由として、一度に1列車しか橋上を通過できない「単線載荷」への設計変更が1980年になされているため、仮に鉄道が敷設されても大鳴門橋の区間は実質的に単線運行となる。（参考：参議院建設委員会議事録1981年6月2日）。
1972年10月、党第5期中央委員会第5回総会で中央委員に選出され、1973年9月の党第5期中央委員会第7回総会で党中央委員会書記（党組織、宣伝扇動担当）に選出された。さらに、1974年2月13日の朝鮮労働党第5期中央委員会第8回総会において、政治委員会委員（現：政治局委員）に選出され、翌2月14日には、金日成の後継者として「推戴」された。同時期、北朝鮮版文化大革命とも呼ばれる三大革命赤旗獲得運動を提唱して権力の確立をしていった。ただし対外的には発表されず、金正日は「党中央」としてのみ言及された。1980年には「党中央の明かり」という歌曲が作られ、金正日崇拝への道ならしがおこなわれた。同年10月10日の第6回党大会および党第6期中央委員会第1回総会で党中央委員会政治局常務委員、中央委員会書記、中央軍事委員会委員に就任し、後継者としての地位を確固なものとした。このとき、金正日は初めて公式に国民の前へ姿を現した。1982年2月に最高人民会議代議員に選出される。後継者内定後初の外遊だった1983年6月の訪中から帰国した際に中華人民共和国の改革開放を「社会主義や共産主義を捨てた」「修正主義」と批判した金正日に対して中国の鄧小平は「なんて馬鹿な奴だ」「世間知らずの小童」と唾棄したことに焦った父・金日成は謝罪を約束してそれを拒む金正日と口論になった。後継者としての地位を確立する過程では、腹違いの弟金平一を推す義母金聖愛との間に激しい権力闘争があったと言われている。同じ時期に金日成を称えるプロパガンダが高まっていったことから、父・金日成のカリスマ化と忠誠合戦を仕掛けることが権力闘争を勝ち抜く彼の方策だったと推測されている。金日成派の独裁化に貢献したと思われることも含め、党内闘争に熟達し、情報統制に長けていると推測されている。これは彼が若い頃に映画局に勤め、父・金日成をカリスマ化するプロパガンダに関係した経験が生かされたと見られることが多い。自らの肉声をほとんど流さないことでも有名で、南北首脳会談以前の肉声は1992年4月25日に行われた朝鮮人民軍創建60周年の軍事パレードで発した「英雄的朝鮮人民軍将兵諸君に栄光あれ!」というわずか5秒間の音声が唯一であった。権力の世襲に対する批判に対しては、「金正日は金日成の息子だから後継者となったのではなく、もっとも優れた後継者がたまたま金日成の息子だった」、というのが公式の回答である。金日成以来、国内の権力闘争により北朝鮮の政権中枢の役割を占めた満州派（国外パルチザン派）が朝鮮人民軍を権力基盤としてきた一方で、金正日は党官僚の代表や行政官僚の利益代弁者として振舞ったと思われる時期があった。そのため、金日成死亡の少し前から朝鮮人民軍を掌握しようと腐心していたことが公式プロパガンダおよび人事配置からうかがえる。一方で、外交官経験者を比較的重用し始めていることも人事配置からうかがえる。朝鮮労働党大会は1980年の第6回大会以降、金正日の死後の2016年まで実施されなかった。金正日は1990年5月24日、第9期最高人民会議第1回会議において国防委員会第一副委員長に選出され、軍事を掌握し始めた。さらに翌1991年12月24日の第6期党中央委員会第19回総会において朝鮮人民軍最高司令官に「推戴」され、1992年4月20日には朝鮮民主主義人民共和国元帥の称号を授与された。1972年に制定された朝鮮民主主義人民共和国社会主義憲法（1972年憲法）では、軍の統帥権は国家主席にあり、朝鮮人民軍最高司令官と国防委員長は国家主席が兼務することが定められており、金正日の最高司令官就任は「超憲法的な措置」であった。しかし1992年4月9日に同憲法が改正されると、最高司令官の規定は削除されるとともに、軍の統帥権は国家主席から国防委員長に委譲された。そして、1993年4月9日の第9期最高人民会議第5回会議において国防委員会委員長に「推戴」され、これにより金正日は軍の統帥権を掌握した。同時期、ソ連崩壊により北朝鮮クーデター陰謀事件を知った金正日は多くのソ連留学経験者を旧KGBのスパイとして粛清した。