Станционные здания в Петербурге и Москве проектировал архитектор К.А. Тон, все остальные-архитектор Р.А. Желязевич. Пассажирские здания на станциях I и II классов были построены по "островной" системе. Здания станций III и IV классов – типовые, "береговые".
Константи́н Андре́евич Тон (26 октября (6 ноября) 1794 — 25 января (6 февраля) 1881) — русский архитектор. Константин Тон — автор многочисленных архитектурных проектов во многих городах России, придворный архитектор Николая I, ректор Императорской Академии художеств. Особенно он известен своими работами в Санкт-Петербурге и в Московском Кремле, и своим главным детищем — храмом Христа Спасителя в Москве.
Для изготовления паровозов и вагонов в 1843 г. Главному управлению путей сообщения был передан Санкт-Петербургский Александровский чугунолитейный завод (ныне Октябрьский электровагоноремонтный завод). В 1845 г. завод выпустил два паровоза, положив начало отечественному паровозостроению. К открытию дороги на заводе было построено 43 пассажирских и 121 товарный паровоз, а также 2500 вагонов разных типов.
Осевая формула паровоза обозначается тремя цифрами: первая — количество бегунковых осей (передняя тележка), вторая — количество движущих («сцепных») осей, третья — количество поддерживающих осей (под будкой и топкой). Пассажирские и грузовые паровозы внешне заметно отличаются друг от друга, что объясняется следующими причинами:
· Пассажирскому паровозу не нужен большой сцепной вес, поэтому может быть уменьшено количество движущих или «сцепных» колёс, осуществляющих сцепление с рельсами за счёт сил трения;
· Скорость пассажирских паровозов должна быть выше, для этого увеличивают диаметр сцепных колёс и устраивают перед ними «бегунковые» колёса меньшего диаметра. Бегунковые колёса образуют в плане отдельную тележку и помогают паровозу вписываться в кривые, а также подготавливают путь к прохождению сцепных колёс.
Свою историю завод начал со строительства морских пароходов. Первый русский пароход «Нева» был построен именно на Александровском заводе. Затем на свет появились подводная лодка, паромные пароходы «Пётр Великий» и «Михаил». В 30-х годах XIX века Александровский завод получил заказ на изготовление триады Аполлона для Александрийского театра, колесницы Славы для арки Главного штаба, строительные конструкции и чугунное литьё для Исаакиевского собора, для Нарвских и Московских триумфальных ворот, Гатчинских ворот, а также нескольких мостов.
В 1844 году завод передан в Главное Управление Путей Сообщения и получил название Александровский Главный механический завод Санкт – Петербургско – Московской железной дороги. Уже на следующий год по специальной ветке, подведённой к заводу, из его цехов вышли два первых паровоза. Началось строительство особого вагона для Императорской фамилии. В течение 20 лет Александровский завод был основной базой паровозо- и вагоностроения в России.
Испытания и освоение новой техники проводились на опытных участках. Опытный участок Северной дирекции, Санкт-Петербург – Колпино и Санкт-Петербург – Александровский завод, открыли для движения в 1847 г. Он был передан в подчинение начальнику Петербургского округа путей сообщения А.Н. Романову, ранее занимавшему должность управляющего Царскосельской железной дороги. Начальником опытного участка Вышний Волочек–Тверь–Клин (Южная дирекция) был назначен инженер-капитан Н.И. Миклуха, отец известного ученого-путешественника Н.Н. Миклухо-Маклая. Движение на этом участке было открыто 9 июня 1850 г. На опытных участках проводились испытания мостов, подвижного состава, средств связи, земляного полотна и верхнего строения пути.
Стоимость строительства железной дороги к 1851 г. составила 64 664 751 руб., стоимость одного километра – 100 400 руб.
Стоимость сооружения. Расходы по сооружению Николаевской жел. дор. ко времени открытия ее простирались до 64664751 руб., что составляло на 1 вер. главного пути (604,2 в.) 107 тыс. руб. Ко времени передачи дороги в Главное общ. рос. жел. дор. стоимость сооружения достигла 80096324 руб., или 133 тыс. руб. на версту. Сумма эта составилась из следующих статей:
| 1. Общие расходы | 4638 тыс. руб. |
| 2. Отчуждение земель под путь | 2295 тыс. руб. |
| 3. Земляное полотно | 19600 тыс. руб. |
| 4. Верхнее строение | 15187 тыс. руб. |
| 5. Мосты, трубы, переезды и будки | 11676 тыс. руб. |
| 6. Принадлежности пути | 506 тыс. руб. |
| 7. Постройки для подвижного состава | 2656 тыс. руб. |
| 8. Строения для станционной и дорожной служб | 11601 тыс. руб. |
| 9. Телеграф | 560 тыс. руб. |
| 10. Подвижной состав | 7313 тыс. руб. |
| 11. Ветвь к Александровскому мех. зав. | 149 тыс. руб. |
| 12. Дополнительные работы и постройки | 3915 тыс. руб. |
| Всего | 80096 тыс. руб. |
В сумме этой заключаются и расходы мин. фин. по заграничным заказам подвижного состава, рельсов и других принадлежностей, которые составляли (1843—53 гг.) 5124 тыс. руб. При передаче дороги Главному обществу, в 1868 г., правительство между прочими условиями, обязалось выдать обществу в безвозвратную ссуду 12532 тыс. руб. на капитальное переустройство линии, причем подвижной состав должен был быть увеличен на 61 товарный и 24 пассажирских паровозов и на 2000 товарных вагонов. Главное общество не только исполнило эти работы, но привело линию в состояние соответствующее ее настоящим потребностям, на что в период 1868—94 гг. израсходовало 52216 тыс. руб.; современная стоимость Н. линии равняется 132312 тыс. руб., что составляет 217 тыс. руб. на 1 в. пути.
Подвижной состав Н. железной дороги состоял:
| Число паровозов | Число вагонов | ||
| Пассажирских | Товарных | ||
| В 1850 г. | 163 | 157 | ок. 2000 |
| В 1868 г. | 191 | 252 | 2627 |
| В 1880 г. | 453 | 326 | 10196 |
| В 1894 г. | 414 | 423 | 10144 |
Открытие Санкт-Петербурго – Московской дороги, начальником которой был назначен А.Н. Романов, состоялось 1(13) ноября 1851 г. – через восемь с половиной лет после начала строительства. Первый поезд отошел из Санкт-Петербурга в 11 часов 15 минут утра и прибыл в Москву в 9 утра на следующий день, находясь в пути 21 час 45 минут. Таким образом, с вводом дороги в эксплуатацию время поездки из Петербурга в Москву сократилось втрое (по сравнению со временем движения по шоссе).
Уже в первый год по дороге провезли 780 тысяч пассажиров и более 10 миллионов пудов (163 800 тонн) грузов, что отличалось от расчетных цифр: 250 тысяч человек и 22,5 миллионов пудов грузов. Увеличение грузового движения на дороге относится к более поздним годам. Максимальный вес товарных поездов составлял 18 тысяч пудов (288 тонн). Средние технические скорости первых поездов: пассажирских – 30 км/час (в пути 22 часа); почтовых – 35 км/час; товарных – 15 км/час (в пути 48 часов). В 1852 г. руководство дорогой было поручено Н.О. Крафту. Один из авторов проекта дороги, бывший руководитель Южной дирекции выполнял обязанности начальника дороги до 1855 г.
Пассажирское и грузовое движение по линии Петербург — Москва. С 1846 по 1851 гг., т. е. со времени открытия движения по отдельным участкам до открытия его по всей линии, провезено было 450 тыс. пассажиров, 28 тыс. пд. багажа и товаров большой скорости и 651 тыс. пд. прочих грузов; затем было перевезено:
| Пассажиров | Багажа и товаров большой скорости | Грузов | |
| тыс. чел. | тысяч пудов | ||
| 1852 | 730 | 241 | 10252 |
| 1860 | 1226 | 436 | 24984 |
| 1870 | 1498 | 896 | 67666 |
| 1880 | 1656 | 1064 | 156910 |
| 1890 | 1970 | 1364 | 163854 |
| 1893 | 2023 | 1732 | 187528 |
| 1894 | 2263 | 2274 | 313034 |
| 1895 | 2843 | 260469 | |
Число поездов в оба конца было: в 1852 г. пассажирских 4 и товарных 8 в сутки, в 1869 г. — пассажирских 9 и товарных 26, в 1892 г. — пассажирских 22 сквозных и 12 местных, товарных 60 поездов ежедневно. Скорость движения пассажирских поездов была при открытии дороги 22 и 48 часов на весь путь (604 в.), в настоящее время (609 в.) — 121/2 час. для курьерского и 20 ч. для обыкновенных поездов. Из 45704 тыс. пассажиров, проехавших по линии Петербург — Москва в течение 26 лет (1869—94) было:
| Число пассажиров | Проехали верст | |
| в тысячах | ||
| I класса | 1003 | 460653 |
| II класса | 5031 | 1199245 |
| III класса | 39617 | 7484198 |
В сентябре 1853 г. по дороге прошел первый скоростной поезд, который преодолел расстояние между Петербургом и Москвой за 10 часов 40 минут. В первое время зимой для обогрева пассажиров в пути следования между Санкт-Петербургом и Москвой использовались специальные печи, которые представляли собой металлические ящики, наполненные нагретыми кирпичами.
Для безопасного следования поездов и безопасности пассажиров. находящихся вблизи станций, на первых железных дорогах использовались звуковые сигналы: колокольчики, свистки, музыкальные шарманки. В качестве визуальных сигналов применялись оптический телеграф, ручные флажки, красные и зеленые диски, однокрылые и двукрылые семафоры. К открытию движения на станциях дороги все стрелки были с ручным переводом и лирообразными указателями положения стрелки – по главному или боковому пути, позже их заменили стрелочными фонарями.
С первых лет эксплуатации железной дороги средством регулирования движения поездов была телеграфная связь. В 1845 г. Б.С. Якоби спроектировал подземную телеграфную линию связи между Петербургом и Москвой. Построив через два года небольшую опытную линию длиной 18 км, он отказался от дальнейшей постройки, так как не был удовлетворен результатами испытаний. В 1852 г. такая линия связи вдоль железной дороги все же была построена иностранными специалистами, но менее чем через два года она вышла из строя и было принято решение о ее замене.