Вероятно, железнодорожное строительство так бы и заглохло, но дело решил случай. На глаза Николаю попалась вышедшая в 1835 году книга «О железных дорогах», написанная молодым инженером Павлом Мельниковым. В ней автор подробно и доходчиво объяснил экономическую выгоду и технические возможности постройки «чугунки». Особо заинтересовал царя тот момент, что англичане в ходе беспорядков в Ирландии всего за два часа при помощи железной дороги перебросили войска в Ливерпуль для их отправки на мятежный остров. В результате в июне 1835 года император распорядился о начале строительства первой опытной железной дороги из Петербурга в Царское Село.

Франц фон Герстнер — организатор строительства и инженер Царскосельской железной дороги

Для реализации проекта был приглашён инженер Франц фон Герстнер, до этого построивший первую железную дорогу в Австрии. В рамках строительства было организовано акционерное общество с капиталом миллион рублей (более 2 миллиардов современных). Крупный пакет акций, стоимость которого равнялась четверти заявленного капитала, приобрёл двоюродный брат царя, граф Алексей Бобринский. Это способствовало популярности предприятия и притоку акционеров. Помимо этого, специально оговаривалась не только исключительная эксплуатация дороги обществом и отмена пошлин на неё, но и невозможность других компаний строить железнодорожное полотно на данном отрезке в течение десяти лет.

Дорога вступила в строй 30 октября 1837 года, когда первый состав, управляемый Герстнером, со скоростью 60 км/ч домчался до царской резиденции всего за полчаса. В следующие дни на линии не было отбоя от пассажиров — каждый хотел прикоснуться к новому чуду техники, даже несмотря на то, что долгое время в составах не было ни отопления, ни света. Любопытно, что мягкие вагоны по старинке именовались «дилижансами», а само слово «вагон» обозначало самый дешёвый класс перевозки, где даже не было крыши. Билет в такой класс стоил 3 рубля (около 7 тысяч современных), что делало его доступным для потребителя. Напротив, билет в первый класс стоил 19 рублей (соответственно около 40 тысяч современных), что было по карману далеко не каждому. Привлекали клиентов и павильоны на конечных станциях, где устраивались увеселительные программы. По аналогии с лондонским садом Vauxhall их стали называть «воксхолами», а затем «вокзалами». Со временем это слово приобрело более широкое значение как зал ожидания отправлений и прибытий поездов. Уже в первые годы эксплуатации Царскосельская дорога перевозила полмиллиона человек ежегодно, став коммерчески успешной. Александр Сергеевич Пушкин, высказывавшийся за развитие железнодорожной сети, не дожил до открытия «чугунки» всего девять месяцев, а его младший собрат по перу, Михаил Лермонтов, уже пользовался ею в ходе визитов в Царское Село.

Царскосельская железная дорога на рисунке современника