1905年，清政府决定兴建我国第一条铁路京张铁路（北京--张家口）。詹天佑担任总办兼总工程师，全权负责京张铁路的修筑，这条铁路连许多国外着名的工程师都不敢轻易尝试，更何况中国人。詹天佑顶着压力，坚持不任用一个外国工程师，对全线工程提出了“花钱少，质量好，完工快”三项要求。京张铁路经过工人们几年奋斗，终于在1909年9月全线通车。原计划六年完成，结果只用了四年就提前完工，工程费用只及外国人估价的五分之一。
　　
　　京张铁路建成后，詹天佑获宣统赐工科进士，任留学生主试官等职。1910年，任广东商办粤汉铁路总公司总理兼工程师，1912年兼任汉粤川铁路会办，负责兴建粤汉及川汉铁路。同年成立“中华工程师学会”,并被推举为首任会长。
　　
　　民国成立后，于1913年获政府委任为交通部技监，1914年获颁授二等宝光嘉禾章。1916年，获香港大学颁授荣誉法学博士学位。1919年初，受命往海参崴和哈尔滨任协约国监督远东铁路会议中国代表。4月因病回湖北省汉口，途中他抱病登上长城，浩叹：“生命有长短，命运有沉升，初建路网的梦想破灭令我抱恨终天，所幸我的生命能化成匍匐在华夏大地上的一根铁轨……”詹天佑终因劳瘁成疾，于1919年4月24日下午3时30分逝世于汉口，享年五十八岁。詹天佑与其妻谭菊珍埋葬在京张路青龙桥火车站附近。
　　
　　詹天佑修建京张铁路期间，厘定了各种铁路工程标准，并上书政府要求全国采用。中国现在仍然使用的4尺8寸半标准轨、珍氏自动挂钩（Janney Coupler,亦称姜坭车钩、郑氏车钩，美国人Eli Janney 所创）等等都是出自詹天佑的提议。
　　
　　1922年，青龙桥火车站竖立詹天佑铜像；1987年，附近再建成詹天佑纪念馆；2005年10月12日，纪念京张铁路开工100年时，在张家口南站“中国铁路之父”詹天佑的铜像揭幕。*詹天佑铜像：高2.8米，重1吨。
 

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