アメリカ合衆国の鉄道史
このレールは繰り返し使用されているうちにストラップアイアンを止めている釘が緩み、ストラップアイアンが外れて車輪に巻きついて車両を脱線させることがあり、酷いときにはストラップアイアンが客車の床を突き破って飛び出してきて、中の乗客を死傷させることすらあった。この現象はスネークヘッド(snake head、蛇の頭)と呼ばれて恐れられた。カムデン・アンド・アンボイ鉄道の技師長を務めていたロバート・スティーブンス(アメリカで最初の実験的な蒸気機関車を造ったジョン・スティーブンスの息子)は、現代の鉄道でも使用されている逆T字の形のレールを考え出し、イギリスの会社に発注して作らせて1831年に自社の路線に敷設した。これは安全性の点で大変な進歩であり、幹線鉄道に次第に普及していったが、財政的に余裕の無い鉄道は1860年代になってもまだストラップアイアンつきのレールを使っていた。スティーブンスが発明した逆T字レールはまだ鋳鉄や錬鉄によるものであったが、1856年にイギリスのヘンリー・ベッセマーがベッセマー法を開発したことにより鋼鉄の量産が可能になったことを受けて、1857年にイギリスのミッドランド鉄道から鋼圧延レールの採用が始まった。1890年には鋼製レールが全体の90%に達している。
一方鉄道車両は、この曲線が多く貧弱な線路に対応した改良をする必要があった。まず蒸気機関車について、この曲線を安定して走行することができる車両が求められた。
アメリカで最初に手動式閉塞装置を考案して導入したのは、ユナイテッド・ニュージャージー鉄道運河の技術者アシュベル・ウェルチ (Ashbel Welch) で、1865年のことであった。ウェルチは、イギリスのタイヤーの発明とは独立にこの発明を行ったと考えられている。
またイギリスのジョン・サクスビーは1856年に、分岐器と信号機を連動させて、正しい方向に分岐器が開通していなければ列車に対して進行を許可できないようにする連動装置を開発した。1870年代頃にはこの装置がアメリカの鉄道でも普及し、信号扱い手の取扱ミスによる事故を防止した。
レールに電流を流して、車輪と車軸が両方のレールを短絡することを利用して列車の存在を検知する装置である軌道回路も、ウィリアム・ロビンソン (William Robinson) が1872年に発明して、フィラデルフィア・アンド・エリー鉄道(英語版)のペンシルベニア州キンズア (Kinzua) において最初に設置されて実用化された。これにより、それまで人間の注意力と手動操作に頼って信号機を操作していたのが、列車の運行に応じて自動的に切り替えられるようになり、現代の自動信号機の仕組みができあがった。
1891年には、狭軌のボストン・リビア・ビーチ・アンド・リン鉄道(英語版)で初めて、運転士が信号無視をしたときに自動的に列車を止める自動列車保安装置が実験的に導入された。運転時隔が短く乗客が多いため事故の被害が大きくなりがちな都市鉄道で導入が進んだが、1910年には従来型の幹線鉄道であるペンシルバニア鉄道においてもこうした保安装置が導入された。
鉄道は24時間365日いつでも利用できる交通機関であり、船のように天候や冬期の凍結に左右されなかった。馬車の輸送力では兵站は不完全で、兵士は占領地で広い範囲に散開して食料の徴発を行わなければならず、これは時間を浪費し占領地の荒廃をもたらし、しかも軍紀を乱すことにもなった。鉄道では常に食料と弾薬を十分に送り届けることができるようになり、こうした恐れは解消された。重い砲も配備することができるようになり、これは戦死者の増加をもたらすことにもつながった。
イリノイ州やアイオワ州などアメリカ合衆国中西部の諸州には、南部の主張に同情的な人々が多く、開戦時点で北部諸州は中西部諸州が南部につくのではないかと恐れていた。しかしこれらの州は鉄道で密接に東部の大都市と結ばれており、経済的に緊密な関係があったために合衆国に残留した。これらの州で生産される大量の食料は東部の大都市を支えると共に、南軍との前線で対峙する北軍へも潤沢に供給された。シカゴ・アンド・ノース・ウェスタン鉄道の開業を皮切りに、多くの鉄道が接続して大都市として発展し始めていたシカゴはこの食料供給の拠点ともなり、世界最大の市場のある都市としての地位を固めていった。鉄道が北部の連帯を固めた経験は、後にカリフォルニア州までを結ぶ大陸横断鉄道の構想へとつながっていく。
南部の黒人奴隷たちは、地下鉄道と呼ばれる秘密結社を通じて自由を求めて北部へ逃亡していた。この地下鉄道は物理的に地下を走っているわけではなく、逃亡中の隠れ家を駅、案内する人を車掌、逃亡する奴隷を乗客などと鉄道用語で呼んだことから来ている。
南北戦争が終わると、アメリカは経済成長の時代を迎えた。戦争で荒れ果てた南部にはレコンストラクションの政策が採られ、復興事業が進められた。この過程で遅れていた南部の工業化も進んだ。ヨーロッパからの移民は続々と到着し、ミシシッピ川より西への入植も進んだ。南北戦争中の1862年にホームステッド法が成立して、入植して開墾を進めた農民に対して無償で国有地の払い下げが行われることになり、これが開拓をさらに推進することになった。鉄道はこの開拓を進める交通手段として重要な役割を果たした。鉄道は西部の農村と東部の大都市を結び、農村で生産された農作物を大都市に供給するとともに、東部の工業地帯で生産された工業製品を農村に供給した。
1849年にゴールドラッシュが発生したカリフォルニアでは人口が急増しており、サクラメント・バレー鉄道(英語版)が建設された。この鉄道の技師長を務めたセオドア・ジュッダ(英語版)は、「クレイジー・ジュッダ」のあだ名があるほどの人物で、東部において数々の難工事を成し遂げて鉄道の建設をしてきた実績があった。彼は、最終的に大陸横断鉄道を建設する野望を持ってカリフォルニアに赴任してきたが、当初は政府にまったく相手にされなかった。しかし南北戦争が勃発すると、カリフォルニア州を北部に留めておくことは連邦政府にとって重要な課題となり、ジュッダの提案はワシントンでも大きく取り上げられるようになった。政府ももともと大陸を横断する鉄道の予備的な調査は行っており、北部・中央部・南部の3つのルートを検討していたが、既に集落がいくつかできており土地も平坦な南部ルートは、アメリカ連合国となった奴隷州を通過するため政治的に問題があった。