Straffearbeidere fra blant annet Sakhalin ble kalt inn sammen med russiske soldater for å arbeide med byggingen av jernbanen. Et av de største hindrene var Bajkalsjøen. Linjen sluttet ved begge ender av sjøen, og en spesiell isbryterferje ble kjøpt fra England for å koble sammen jernbanen. På vinteren ble det brukt hest og slede for å transportere passasjerer og gods fra den ene siden av sjøen til den andre, fram til jernbanesporet rundt Bajkalsjøen var ferdig. Da linjen nådde elven Amur ved den kinesiske grensen i 1916, fantes det ubrutt jernbane mellom Petrograd og Vladivostok. Elektrifisering av linjen ble påbegynt i 1929, et arbeid som ble avsluttet i 2002.