En 1855, se reunió un grupo de empresarios chilenos para formar la Compañía del Ferrocarril del Sur. Entre los fundadores de la nueva compañía se encontraban: José Tomás Urmeneta, Domingo Matte, Matías Cousiño, Javier Errázuriz Sotomayor y Emeterio Goyenechea Gallo. Los accionistas tomaron con mucha cautela su participación en la empresa, considerando los errores que se habían cometido en la construcción del ferrocarril de Valparaíso a Santiago.

Un año más tarde, comenzaron los trabajos de la vía, para lo cual fueron contratados los ingenieros Emilio Chevalier, Augusto Charme y Horace Bliss. Chevalier se retiró y en su lugar se incorporó Walton W. Evans, un norteamericano que había participado en la construcción del ferrocarril de Caldera a Copiapó.

El primer tramo construido fue el que unió las ciudades de Santiago y Rancagua. En esta primera fase, destacó la construcción del puente sobre el río Maipo, a cargo de Henry Meiggs. En 1857, la locomotora Santiago, recorrió, como prueba de ruta, los 16 kilómetros de vía férrea que unían la capital con San Bernardo.

Hacia 1860, se habían levantado siete puentes sobre diversos flujos de agua y había comenzado la construcción de la Estación Central. Paralelamente a la construcción del ferrocarril al sur, se instauró en Santiago una red de "tranvías de sangre", que circulaban por distintos puntos de la ciudad, con el fin de trasladar pasajeros y mercancías desde y hacia la estación. Se construyó, también, una prolongación de la línea del ferrocarril, conocida como el ramal de La Cañada, la cual transitaba por la Alameda, desde la Estación Central hasta la actual calle San Diego.

Debido a los problemas financieros dentro de la Compañía del Ferrocarril del Sur, la llegada de la vía férrea a Curicó, debió ser solventada con las arcas fiscales. La construcción de la vía al sur quedó paralizada por un tiempo; mientras tanto se construía la vía de Talcahuano a Chillán, dejando la estación de San Rosendo como puerta de entrada a la Araucanía. Dos años más tarde, fue concluido el enlace entre Curicó y Chillán y los ramales de San Rosendo hacia Angol y Los Ángeles. Posteriormente, las obras ferroviarias en el país fueron interrumpidas por casi diez años.

En 1884, fue creada la Empresa de los Ferrocarriles del Estado de Chile. La red quedó dividida en tres secciones: Valparaíso-Santiago, Santiago-Talca y Talca al sur. Ese mismo año se finalizó la construcción del puente ferroviario, viaducto del Malleco, a cuya inauguración asistió el presidente José Manuel Balmaceda.

En forma paralela, se fueron trazando una serie de ramales que conectaban los valles interiores de la zona central con la costa: el ferrocarril del Llano del Maipo, el ferrocarril a los balnearios de Cartagena y Llolleo y, por último, los ferrocarriles que transportaban cobre de la mina El Teniente hasta los puertos de San Antonio y Valparaíso.

Fue el 23 de noviembre de 1913, cuando partió el primer tren longitudinal que unió Chile desde Iquique hasta Puerto Montt, señalando un hito en la historia del país.

La finalización de la red ferroviaria longitudinal -8.883 kilómetros de vía férrea- además de ser una de las más grandes obras de ingeniería construidas a la fecha en Chile, fomentó significativamente el desarrollo de los pueblos y ciudades del sur. En torno a las estaciones ferroviarias se conformaron focos comerciales y sociales, dando espacio a polos de encuentro y de desarrollo urbano. El ferrocarril contribuyó, además, a la comercialización segura y eficiente de los productos agrícolas, ganaderos y forestales y a la integración económica de las regiones más alejadas del país.