モデル線
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乗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。
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。
モデル線のテストを統括するモデル線管理区(管理区長は田中隆造)は1962年(昭和37年)4月20日に開区式が行われ、1962年(昭和37年)6月、鴨宮基地から東方向へ約10kmの生沢までの区間(下り線)が完成したところで、モデル線全区間の完成を待たずに走行試験が開始された。6月26日には十河総裁を迎えて試験運転開始式が行われた。その後、工事の合間を縫って種々のテストが進められ、1962年(昭和37年)10月に全区間約30kmが完成したあとは、200km/hを越え、最終的には250km/hを目指して速度向上試験が進められていった。1963年(昭和38年)3月30日午前9時46分32秒には速度向上試験で256km/hを記録。この速度を達成するには、高速走行時に起きる車両の蛇行動(だこうどう)を克服する台車や超高速に耐えるパンタグラフなど、幾多の技術改良が必要であった。
新幹線研究の主体となったのは鉄道技術研究所である。新幹線に導入された技術はすべて「充分に実証された技術の範囲」、「ウェル・プルーブド・テクニーク」ではあったが、それらを結集しても、200km/hを超える列車速度で安定的に走行するまでには、いくつもの課題を乗り越えなければいけなかった。モデル線で見つかった問題点はすぐさまフィードバックされ、改良された装置でまたテストが行われる、その繰り返しであった。モデル線のテストとデータをもとに各設備や営業用量産形電車の仕様も決まっていった。