粤汉铁路

籌劃與早期建設

由於工程耗資巨大，粵漢鐵路最初被交由美資公司承建，但工程並未有太大進展。後美資公司違約，將路權出售給比利時，引起了鐵路沿線人民的抵制；最後中方解除了合約，並將築路權和公司資產贖回。

籌劃

1896年5月，湖廣總督張之洞依上諭修築粵漢鐵路，主張官督商辦；隨後，清政府在10月批准了築路計劃。
粵漢鐵路原先規劃經由江西，後在湖南士紳和官員的要求下改道湖南。其中，譚嗣同曾在《湘報》上發表《論湘粵鐵路之益》闡述改道的利好；翰林院庶吉士熊希齡、江蘇候補道蔣德鈞等親至武昌與張之洞、盛宣懷交涉，要求將粵漢鐵路「折而入湘」。張之洞與總理各國事務大臣王文韶會奏後，決定將路線改為經過郴州和衡陽。隨後，改道方案得到了清廷的批准。

美資承建

由於耗資巨大，清政府計劃對外借債，這吸引了各國列強前來爭奪鐵路的修築權。為平衡列強在中國的勢力，盛宣懷邀請了美國的華美合興公司參與築路；張之洞和王文韶也表示認同。1898年2月，盛氏委託駐美欽使伍廷芳就近與合興公司面議借款事宜，並一再要求儘快畫押，以避免英法兩國的注意。4月14日，伍廷芳與合興公司在華盛頓簽訂《粵漢鐵路借款築路合同》，定借路款400萬英鎊，由合興公司包辦路工，代建代管，三年內築成鐵路；《合同》同時還規定中國在50年後還清債款，方可收回鐵路管理權，並允許合興公司在鐵路沿線開採煤礦。美方在1899年勘測線路後，認為築路費用不足，於是雙方在1900年又簽訂《借款續約》，將借款增至4000萬美元，工期改為5年。
鐵路於1900年7月動工，但在修築長沙至株洲一段後已經資金不足。1904年冬，合同規定的修路期限將滿，合興公司只修了廣州到三水段的90華里，以及棠溪站至黃沙車站間的鐵路。

贖迴路權

1902年，合興公司違反合約，私下將三分之二股份賣給比利時萬國東方公司，並約定鐵路南段由美國修築，北段由比利時修築。
美資的介入本來就令粵、湘、鄂三省的紳商不滿，如今路權的出賣更令他們義憤填膺。於是，三省紳商強烈要求廢除合同，並將鐵路交由三省自辦。湖南紳商首先在1903年提出「廢約自辦」，並向湖南巡撫趙爾巽請願；湖北紳商也致電盛宣懷，要求廢除合同；廣東士紳、七十二行商人等也在1904年10月14日開會，「決議力爭廢約」，還組織了多次人數眾多的示威。張之洞也意識到，盧漢鐵路已經由比利時和法國合辦，若粵漢鐵路再由比利時控制，比利時將控制中國的南北交通幹線，嚴重威脅中國主權。於是，張力促盛廢除合約，並要求駐美公使梁誠迅速辦理。
合興公司為保住築路權，首先提出了由協豐公司接管築路權的方案；此計不通後又策劃了一個「中美合辦」方案，同樣受到廣東紳商的堅決反對；最後，美國高價收回比利時方面的一部分股票，然後以股票大部分仍在美國人手中為由反對廢約。美國駐華公使甚至出面表示，中國廢約「是與搶劫無異」。廣東紳商則發表公電批駁，並警告美方三省民眾將「另築一路，以圖抵制」。
1905年8月9日，在官方和民眾的壓力下，合興公司不得不同意將原合同註銷作廢，並批准駐美國大使梁誠與合興公司簽訂的《粵漢鐵路售路合同》；合同中合興公司要價675萬美元作為贖金。為了維護路權，張之洞表示「但期公司歸我，浮價不必計較」；隨後，張之洞以沿線三省的部分稅收作為擔保，向英屬香港政府借款110萬英鎊來支付贖金。
中方從美方手中收回路權時，雖然耗費了大量費用，但仍然收回了鐵路的建築權、開礦權，獲得了合興公司的所有在華資產，還推動了其他地區對路權和主權的認識；隨後，部分津浦鐵路和滬寧鐵路的路權和沿線的採礦權也被收回。

籌資之爭

鐵路路權收回後，1905年7月，張之洞奉旨督辦粵漢鐵路，明確支持三省紳商自辦粵漢鐵路的要求。11月，張之洞在武昌召集三省紳商會議，決定粵、湘、鄂「各籌各款，各修各路」。1906年2月，湖北、湖南、廣東三省各派代表在漢口開會，制定公共條款14則，議定各籌各款、各修各路。由於籌款困難，經清政府批准，湖南段由官督商辦，湖北段則完全由官辦，只有廣東段為完全商辦。
隨後，番禺知縣柴維桐召集七十二行商和九大善堂，在廣濟醫院商議籌款築路。圍繞如何「籌款招股」築路的問題，廣東紳商又同兩廣總督岑春煊產生了爭執：岑春煊為了控制粵漢鐵路的修築權，增加稅收，提出用增收捐稅所得的收入作為築路的官方投資，實行官商合辦，而廣東紳商則堅持完全商辦。1906年1月12日，各界代表開會，反對官商合辦與抽捐築路。岑春煊為壓服廣大紳商，指使柴維桐逮捕力主商辦的紳商代表黎國廉和另外兩位商人，卻反而激起了廣東人民的公憤。紳商一面要求朝廷罷免岑春煊，一面積極募集資金以成立鐵路公司。
2月2日，廣東總商會召開大會，七十二行商及九大善堂展示了鐵路的模型，並倡議招股商辦。這次籌款計劃籌集兩千萬元作為私營鐵路公司的資本，而第一期認股款便已超880萬元；最後，商會在全省共集資2623.5萬元。隨後在1906年5月17日，「商辦廣東粵漢鐵路總公司」成立；8月，鐵路正式開工。商會在集資時，採用了每股五元（約合四兩銀子）、在一年到一年半內三次付清的辦法，使生活拮据的平民也能參與其中。
由於商民踴躍投資集股，加上張之洞居間撮合，最後岑春煊不得不釋放黎國廉，併入奏朝廷：「粵漢鐵路集股有成……懇請准歸商接收辦理。」
湖南省由於工商業尚不發達，籌資並不順利。1905年10月，王先謙等創設湖南鐵路籌備購地公司，名為「官率紳辦」，未有百姓回應。1906年4月，湖南省商會協理陳文瑋等以紳辦久無成效，提議商辦鐵路，並認股200餘萬元，呈請商部立案；6月，清廷表示鐵路仍應「官督商辦」，並令張之洞查核辦理。1907年3月，「官督商辦」的「湖南粵漢鐵路總公司」宣告成立，袁樹勛任總理，王先謙任名譽總理，余肇康任坐辦總理，張祖同、席匯湘任協理；7月，公司聘用英國人羅士為總工程師勘測長株、長岳路線，還請數名英國人擔任監造工程師；11月，公司開始在長沙至株洲間購地。公司除在省內招股外，還派席匯湘赴南洋招股，至1911年共計招股912.26萬元。
然而，分開籌資和建設並非想像中的高效。湖南紳士為爭奪鐵路公司「總理」的位置，最後竟然確定了三位同級「總理」；粵省紳士欲先修支路盈利，再修幹路，而湘鄂兩省急於修築幹路；部分郴州紳商因為廣東公司代為修建郴州區間，還聲稱郴州的權益被出賣，要求自行修建。在收回路權後的三年內，鐵路建設沒有任何進展。

國有化與民意反彈

到了1908年11月，張之洞不再相信沿線當地鄉紳的能力，便開始私下聯繫外資銀行。在1909年4月，張不顧三省人民的反對，與德、英、法三國銀行團簽訂了《湖廣鐵路借款合同》，借款550萬英磅，五厘起息。為安撫輿論，張聲稱此次借款為「由官借款」、「准商民買股」，卻引發了更大規模的抗議。抗議尚未平息，張本人便於8月去世。在張去世後，端方接任了粵漢鐵路督辦大臣的位置。
1911年春，清政府將全國的鐵路幹線「收歸國有」；4月，郵傳部大臣盛宣懷與英、法、德、美四國銀行團簽訂了《湖北、湖南兩省境內粵漢、湖北省境內川漢鐵路借款合同》，其中關於抵押和贖買的條款使外國資方間接控制了中國的鐵路權。見證過路權被出賣的紳商早已忍無可忍，紛紛揭竿而起；湖南紳商在省諮議局召開會議，抨擊朝廷；長沙近萬市民也通過集會，要求朝廷收回成命；隨即，四川人民也發起了抗議。清政府將四起的抗議視為謀亂，還派兵入川鎮壓，間接為武昌起義提供了條件。雖然清廷為平息眾怒，將盛宣懷革職，但是依然無法阻止各地脫離中央控制；此次「國有化」成為了壓垮清朝的「最後一根稻草」。

再次國有化

清朝滅亡後，「路礦開放」，原主張商辦鐵路的紳商們認識到無力自籌經費，情願收回商股，歸中央政府統籌辦理。1913年5月，湖南粵漢鐵路公司與交通部議定接收合約20條，將公司所有資本一律發還現款；10月，粵漢鐵路湘段由交通部接收後交給漢粵川鐵路督辦管轄的湘鄂段工程局接收。不久後，袁世凱在二次革命中擊敗寧、贛等地的革命黨，短時間內把包括四川、湖北、湖南在內的8省的商辦鐵路幹線統統收歸國有。北洋政府依然承認1911年《借款合同》的有效性，繼續發行原先的債券。雖然合同在1911年生效後債券便開始發售，但四國銀行在1913年3月才開始付款；到1914年，由於第一次世界大戰爆發，只有滙豐銀行能繼續提供貸款。

湘鄂段

湘鄂段利用英、德、法、美四國銀團貸款修築；因資金不足，是斷斷續續分段通車的。
長沙-株洲段長約55公里，設5個車站。1909年7月，湖南粵漢鐵路公司先從株洲向北開始興築幹線；隨後從昭山易家灣分兩段建造：一段向南而上40里至株洲，一段向北而下60里至長沙。1910年11月株洲至昭山段試車至白石港，1911年1月長株段全線竣工；1913年9月，線路自株洲向南延長至淥口。
武昌-長沙段計長363.63公里。1913年8月，湘鄂段徐家棚至長沙線路在鯰魚套開工，1918年9月16日通車，線路長365公里，與長沙至株洲段和株萍鐵路接軌。詹天佑在施工時還預留了未來武漢長江大橋的位置。
1913年5月，《漢、粵、川鐵路購地章程》公布；隨後粵漢鐵路公司設立了購地處，並將武昌-郴州區間分為四段（武昌至岳州、岳州至長沙、長沙至衡州、衡州至郴州），每段安排一位購地總管負責。最後，公司在徐家棚至淥口區間共購地5.2萬畝，花費174.65萬元。1914年6月，武昌至長沙段測量完畢，並於7月被劃分為4個區段施工。
1914年11月，漢粵川鐵路督辦詹天佑提出了加快建設長沙-郴州段以連接株韶段，和優先建設武昌-長沙段以連接株萍鐵路兩個方案；最後交通部批准了後者，以便盈利並開採萍鄉煤礦。

工程由中外工程師分段辦理，每段設工務員襄理一切事務，設正、副工程師各1人負責建築。工程大都採用包工制，幾乎沒有零工。施工中，洞庭湖南津港（位於岳陽市）附近成為了路基工程的難題。南津港附近地質極松，而且在雨季時有被洪水衝擊的危險，施工方進行了多次勘察後才確定線路的走向；為避免水患威脅，施工方在洞庭湖南岸建造了100尺鋼樑橋4座，而在北岸填築了長5200餘尺、高3丈多的土堤。受一戰影響，進口材料不能按時運到，而國內漢陽鐵廠的鋼軌亦延期交貨，再加意外困難工程的影響，鋪軌工程被迫推遲完成。

株韶段

韶關至株洲段的456公里線路因地形複雜、工程艱巨，其中樂昌至郴州間跨越南嶺山脈，地勢崎嶇，而郴州至株洲間地勢雖較為平坦，但沿途河流繁多。
1916年廣韶段通車時，韶州向北至高廉村隧道已動工，但因資金不足於1917年停工。1921年，交通部曾計劃從其他鐵路中劃出款項，以開展株韶段工程；然而，由於軍閥間連年混戰，款項被截留，工程也只能被擱置。
1927年，國民政府鐵道部成立後，修建粵漢鐵路株韶段被列為了首要任務。1929年3月，株韶段工程局在廣州成立，凌鴻勛擔任總工程師。凌鴻勛一上任，便多次到現場勘探，以期減少隧道的數量；隨後，他否定了英國工程師的方案，將粵漢鐵路改為繞著武江河谷和金雞嶺一路蜿蜒，在樂昌再筆直南下韶關（後來的京廣坪樂舊線），從而繞開險峻的大瑤山。新的方案將待建的隧道從70座減為16座，工期也縮短了一年多。
因籌資困難，在1930年春，韶關至樂昌段的51公里首先動工建設，至1933年5月建成，9月通車並移交粵漢鐵路南段管理局管理。1933年7月，鐵道部與中英庚款董事會簽定契約，將退還庚款的三分之二（470萬英磅）借充本路建築經費，並將未到期之庚款160萬英磅充作基金，發行粵漢鐵路公債，保證了工程的經費。
1934年1月至1935年中旬，粵漢鐵路公司的五個購地辦事處先後完成購地和補償任務，總計收購民地25.88萬畝，補償當地農民粵省毫洋5.91萬元、國幣132.48萬元。
樂昌至株洲段分為7段，於1933年7月同時展開施工。8月，株韶工程局遷至衡州以便指揮。
湘粵省界一線在南嶺山脈區域，導致此區間的工程耗時長、耗資大。湘粵省界在1931年7月開始動工，不久就因為設備短缺、工人水土不服甚至病死而難以繼續；後政府於1935年下令加快進度，是年便完成土石方總量的96％。越嶺公路當時尚未修通，使施工材料難以運至樂昌至郴州間的兩段工地上，於是凌鴻勛就地取材，在同一時間修築五座石拱橋，其跨徑各為40米，屬當時國內最長的，號稱五大拱橋。
鋪軌工程原計劃從南北兩頭對向進行，由於鋪軌路線太長，而困難又在湘南一帶，乃利用湘江航運，將一部分軌道材料由株洲運至衡州向南鋪軌，免受各大橋工程的影響。1934年秋，三方同時進行；1935年底，株韶局奉令加快進度，以應對逼近關內的日軍的威脅；1936年4月28日，在歷時34個月後，軌道在粵漢鐵路K351＋682處、太平里車站接軌；最終工程提前一年完成。凌鴻勛親手打下最後一顆道釘，還手書篆體碑文一方，以示紀念。

株韶段當時的技術標準在全國為最高，也使此段造價高達4507萬元，平均造價比同期建造的浙贛鐵路玉山至萍鄉段高出一倍多，達到每公里14萬餘元。

廣韶段

廣韶段自廣州黃沙至韶州，全長224.15公里，沿北江東岸北行。廣韶段為粵漢鐵路修建史上開工最早、中國商辦鐵路中築路最長的一段。
合興公司於1901年自黃沙向北修建，至贖迴路權時止僅修築黃沙至江高鎮約20公里路基，及黃沙至棠溪約10公里軌道。廣東粵漢鐵路公司接手後，繼續向北推進。

由於鐵路公司總理人選糾紛，施工進度緩慢，直至1907年7月11日，清政府派員主持召開股東大會，隨即施工加快。之後，公司分段修築自廣州黃沙沿北江東岸至韶關的商辦廣韶段，1909年修至源潭，長72公里。著名工程師詹天佑於1910年出任商辦粵漢鐵路總理兼總工程師，隨後工程在詹天佑主持下進展迅速。1916年6月15日，廣韶段全線竣工，建築費用2014萬元。粵漢鐵路公司還在黃沙建造了機輛修理廠，分8個車間，另設黃沙、英德、韶州3個車房。在1935-1936年間，廣韶端改駛4-8-4型機車、橋樑載重加強為古柏氏E-50。
1936年8月，歷經30多年波折的粵漢鐵路終於成功修成。1936年9月1日，從武昌開出直達廣州的第一趟列車。當時火車時速只有35公里，從武昌到廣州需要44個小時。

工人運動

1920年12月29日，粵漢鐵路南段工程部工人因鐵路維護不善、路局待遇不佳而舉行罷工，並得到工程部全體工人相繼響應。路局資方指使路警強迫工人開工，並開槍向工人射擊，打傷工人數名，引起工人更大的憤怒。最後，路局被迫認罪並優恤受傷工人，答應發還欠薪、修理路面等條件。
1922年8月初，中共湘區委員會派郭亮去岳州車站開展工人運動，並於8月15日建立了粵漢路岳州工人俱樂部，陸漢胡當選為委員長，郭亮為秘書。9月6日，徐家棚、岳州、長沙、株萍四處的工人俱樂部聯合組成了粵漢路工人俱樂部聯合會。
第二次罷工發生於1922年9月9日，當天粵漢鐵路工人俱樂部聯合會發表《罷工宣言》。隨即，軍閥蕭耀南派軍隊鎮壓罷工，打死工人6人，打傷工人60多人，逮捕郭亮和岳州、徐家棚兩地工人100多人，以強迫工人復工。27日，京漢、粵漢鐵路全體工人致電吳佩孚，要求48小時內圓滿答覆罷工工人要求，否則即舉行兩路全體罷工；同時，中共湖北執委和湖南執委也動員了其他工人組織聲援罷工。在輿論壓力下，吳佩孚向工人妥協，罷工也於28日結束。
1922年11月1日，參加第二次罷工的四處工人俱樂部派出代表，在長沙新河正式成立了粵漢鐵路總工會，會址設在長沙。

抗戰時期

七七事變後，華北、華東一帶的機關、企業、學校紛紛南遷，長江以北的機車車輛大量湧向粵漢鐵路，使原有的存車股道不敷應用；於是鐵路局在沿線車站增加到發線及存車線4.4萬延米、會讓站21個、股道1.5萬延米。從七七事變到廣州失陷的15個月中，粵漢鐵路共運送部隊200餘萬人、軍用物資70餘萬噸；行車最密時，全線列車達140列。
1937年10月起，粵漢鐵路就遭到日軍連續轟炸。鐵路職工隨炸隨修，使行車沒有中斷，直至1938年10月21日廣州淪陷。從1938年到1945年9月，因廣州、武漢、長沙、衡陽相繼淪陷，為阻隔日軍，粵漢鐵路職工奉命拆除設備或破壞線路，加上日軍的狂轟濫炸，全線70%的橋樑（303座）、9座隧道被毀，線路亦逐段被拆，站場及行車設備也幾乎全被破壞。日本侵占期間，日軍曾在源潭至新街間修建木便橋鋪軌，行駛軌道汽車。到1944年5月，粵漢鐵路（含湘潭支線）湘潭至韶關間只有491公里能維持通車。
因廣東各界的反對，粵漢鐵路與廣九鐵路始終未接軌聯通。後為使國外物資直接運達內地，粵漢鐵路局利用已成的黃埔港支線路基，自西聯站鋪軌14公里至石牌與廣九鐵路聯通，稱為「廣北聯絡線」。

日本戰敗後

日本無條件投降後，國民政府交通部於1946年對全國鐵路開始實行幹線區管理制，粵漢鐵路管理局改為粵漢區鐵路管理局，杜鎮遠任局長。1月起，鐵路局開始組織粵漢鐵路復路工程，要求先保證鐵路通車，再保證線路質量。7月1日全線修復通車。
戰爭剛結束時，全線狀況非常糟糕，需補充土石方100餘萬立方米、堤垣約1.5萬立方米，正線缺少鋼軌總計259公里，連同支線、岔線、站線共缺鋼軌300餘公里、枕木一百多萬根、道碴一百多萬立方米。修補工作均系分段招標承包。後由於通貨膨脹、材料匱乏等原因，直到1948年9月，才基本完成架設正橋。修復時，國內材料短缺，只能依靠國外的材料。為加快鋪軌進度，鐵路局不得已請求將湘桂鐵路已破壞軌道調至本線鋪設。同時，施工方還就地收購枕木、開採道碴，並組織6個鋪軌隊分段鋪軌，晝夜施工。
在兩年半的時間內，全線完成主要工程量為：土石方約230萬立方米，修復鋼樑1.7萬噸，混凝土工程5萬立方米，補充枕木119萬根，鋪軌482公里，換軌200公里；然而，完成的進度只有全部計劃的17%。另外，由於該路軌道幾經拆鋪遷動，散失甚多，修復期間軌料缺乏，又限時通車，所以施工方鋪設的軌道型號非常繁多，質量也參差不齊；而配件種類更為繁雜，尺寸也沒有統一，這使得當時軌道狀況極差。
1947年，粵漢區鐵路管理局為調整廣州市內的火車站業務，修築了長740米的雲麓至永村聯絡線，使粵漢鐵路客車能直達大沙頭站；隨後，鐵路局安排大沙頭站專辦客運，易名廣州東站，黃沙站專辦貨運，易名廣州南站。
解放軍渡過長江後，白崇禧在1949年5月至8月間多次催促鐵路工人拆除粵漢鐵路，工人卻不斷拖延以抗命。最後在當地國民黨軍隊的監督下，工人從9月16日至10月5日破壞了部分線路、橋隧，共拆除軌道30.3公里。1949年6月21日，國民政府廣州綏靖公署密令有關機關執行破壞鐵路計劃，遭到粵漢鐵路職工和中共在穗分支的阻止，但國軍余漢謀部在撤退時仍然破壞了廣東境內的橋樑。
長沙和平解放後，衡陽鐵路局於8月成立，並立即著手搶修鐵路。10月14日廣州解放後，廣州市軍管會於23日對粵漢區鐵路管理局南段辦事處及其所屬機構和職工進行軍事接管。在鐵道兵和當地居民的配合下，1949年10月14日，武昌至岳陽間恢復通車，11月2日岳陽至長沙段修復，長沙至衡陽間由於耒河橋修復工程艱巨，11月28日以便線便橋勉強開通；全線在新岩下橋修復後，於12月29日貫通。當日，通車典禮在大沙頭站舉行，時任廣東省人民政府主席葉劍英主持通車典禮並剪彩。

合併為京廣鐵路

1957年10月15日，武漢長江大橋通車後，京漢鐵路和粵漢鐵路（不包括武昌站-武昌北站區間）兩條鐵路接軌，並於1957年11月11日合併為京廣鐵路。

廣三鐵路

廣三鐵路在修建時被稱作「粵漢鐵路省佛支路」，從廣州市原芳村區的石圍塘站至原三水縣（今屬於佛山市）的三水站。由於佛山鎮一帶手工業發達，三水縣又在1897年開埠，華美合興公司在簽訂《借款續約》後，首先在1903年10月建成了這段鐵路來獲得收益。線路在抗日戰爭時期曾被中國軍隊拆毀，在日本投降後短暫修復，後又在50年代初被拆除部分。由於廣三鐵路與粵漢鐵路分別位於江兩岸，兩線的列車都是獨立運營的。1953年，來往黃沙車站和石圍塘站之間的鐵路輪渡開通，兩線列車可以相互來往；1960年，珠江大橋將兩線接軌，輪渡也隨之停運。一直以來，廣三鐵路的技術標準都偏低，直到珠江大橋開通後才逐漸改善。2004年，廣三鐵路與三茂鐵路合併為廣茂鐵路。

英城支線

英城鐵路支線於英德車站北端西側出岔，至英德市河東岸輪渡碼頭，實際作為下河線使用，於1913年5月10日通車，1938年被中國軍隊在撤退時拆除。