晚清铁路设计专家詹天佑最杰出的贡献是主持并建成了联结北京和张家口的京张铁路，这是一条完全由中国人自己筹资，运用中国自己的工程技术力量，自行勘测、设计并利用中国自己的工匠施工建成的铁路。在京张铁路的工作中，充分体现了这位科学家的爱国情怀，他曾对参加勘测的工程人员说：“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和失败，而是我们的国家！”
在设计最艰难的关沟路段时，詹天佑经过仔细测量，使隧道长度比原来英国工程师金达设计的方案减少了2000米。为了减少线路的坡度和山洞长度，他在青龙桥东沟采取了“人”字型爬坡路线，并且用两台大马力机车调头互相推輓的方法，解决了坡度大机车牵引力不足的问题。这些都是他在设计过程中的独创。施工中，詹天佑还因地制宜，就地取材，用自造的水泥和当地的石料建成了一些石桥以代替铁桥，使线路的成本大为降低。
