然而当时关内外铁路的余利，全部控制在中英公司手里，并规定如果要提用此款，必须双方进行协商。清政府派道员梁如浩和中英公司进行磋商，中英公司的代理人顾璞借口关内外铁路有中英借款的关系，京张铁路是关内外铁路的延长线，必须由英国工程师来继续承办，否则不能拨款。其实英国早就想控制这条通向蒙古的铁路，以对抗帝俄向这方面发展。修建京张铁路的消息伟出后，沙皇政府又以前订的“长城以外来威胁不能由第三国承建”的条约为理由，要挟清政府：如果找外国人修建，就得由帝俄承包。英俄争吵了很久，没有获得解决的办法。最后，英国才同意由中国自己修建。

但修路经费掌握在英国手中，于是北洋大臣袁世凯饬令梁如浩等仍照原来议决的方案和顾璞等进行会谈。并致函伦敦的中英公司，提议在关内外铁 路的进款余利项下，划存 6 个月借款本息，其余由该路任意提拨作为开办京 张铁路之用。中英公司则坚持：“必须备存一年的本息后，方可提用余款。 这样往返交涉了又将近一年，英方才同意改为 6 个月。并认为：修路的经费 既已掌握在英国之手，修成后一定对英国有利。另一方面，帝俄也提出：如 果清政府用本国的工程师和经费来修京张铁路，俄、英两国都可以不必帮助。 他们以为这样要挟，京张铁路必然没法动工，动了工也必然会中途失败，那 时不怕不向他们求援。

因此，就确定了中国人必须负起自己修筑和经理京张铁路的任务，此时清政府不得不同时声称：不任用一个洋工程师，此路全部由中国人自己修筑和管理，与他国无关。

京张铁路是中国第一条自修的重要铁路，各国的工程界都注意主持这条 铁路的人选和动工时间。光绪三十一年四月（1905 年 5 月），袁世凯、胡橘 棻正式准请清朝政府成立京张铁路总局和工程局，派陈昭常为总办，詹天佑 为总工程师兼会办。

当詹天佑出任京张铁路总工程师兼会办的消息传出以后，那些充满着失败主义情绪、毫无民族自尊感的大人先生们，有的笑他“不自量力”，有的骂他“胆大妄为”，也有的说“这不过是白花几个钱罢了”。这些蔑视和嘲笑都没有影响詹天佑的坚强信心。他决定用事实来回答他们。

这条路决定全部由中国技术人员来修筑，詹天佑遇到的困难当然是很多的。这是因为在腐败昏庸的清朝政府统治下，中国工程人员是极有限的。但詹天佑相信，依靠广大的工人和办事员是可以解决困难的。他很自信地说，没有工程师不要紧，只要有工人，有办事人员，就能互相帮助，互相依靠，一定会把这条路造成。

光绪三十一年四月（1905 年 5 月），詹天佑在人才异常缺乏的情况下， 克服了重重困难，着手筹组工程局。设立京张铁路总局于天津，设分局于北 京西城丰盛胡同，同时设工程局于北京。又在北京设立材料厂，在丰台设立 购地所。工程局由詹天佑亲自负责，所有工程师均由詹天佑量才调度，同时 他又兼任材料管理的职务。

工程局成立以后，詹天佑立即怀着兴奋的心情，带了几个学生和他的工程队的一部分人员来北京开始测线。

京张线的初测工作，由詹天佑和学生张鸿浩、徐士远担任，他们从丰台 以东京奉路柳村第 60 号桥起，经西直门顺大道直奔张家口。由北京往西北， 沿途横阻着崇山峻岭，其中以关沟地带为最高。这个地方称作南口河谷。从 南口到西拨子共长 20 公里，包括东园、居庸关、四桥、三堡、青龙桥和最高 峰八达岭。这一带，尽是悬崖峭壁，通过关沟地区的老龙背、蛇腰湾、鹞儿 梁、石壑子等处，坡度极陡，工程浩大。詹天佑等测完这条线路以后，感到 由于通过能力低，运输量受到很大限制，于是在从张家口往回测的时候，又 设法寻找其他的线路。

詹天佑在紧张的选线测量工作中，经常勉励工作人员说：“全世界的眼睛都在望着我们，必须成功！”“不论成功或失败，决不是我们自己的成功或失败，而是我们的国家！”“技术第一要求精密，不能有一点含糊和轻率。

‘大概’、‘差不多’这一类说法，不应该出自于工程人员之口。”有些技术人员测量过的地点，他又带着仪器再行复勘一次。有一个青年技术人员表示很不高兴，背后说：“你既然不放心，自己还要测量，又何必叫我们测量呢？”詹天佑听见了，既严肃又和蔼地对他说：“并不是我不信任你们，科学的工作，多一个人检查，总是好的。诸位的责任是太重大了！”这个技术人员被他这种负责的精神所感动，就自动的一次又一次地复勘来校正错误。

詹天佑等回测的路线是经过怀来县、延庆州、小伏家口，沿着热河至北京的大道，经得胜口过山，过明十三陵、黄土梁而到北京。这样就可以绕过关沟地带，但路途绕远，坡度也不小，工程并不比前线简单。