１９０２ 年秋，直隶总督袁世凯任命詹天佑为新易铁路总工程师，责成他在６个月内完工，以免延误慈禧太后来年清明祭陵。这是中国人自修铁路之始。因此詹天佑 仍是非常重视。仅用四个月的时间以极省的费用建成新易铁路 。大大鼓舞了中国人自建铁路的信心，为后来京张铁路的修筑打下良好基础。
京张铁路
京张铁路为詹天佑主持修建并负责的中国第一条铁路，它连接北京丰台区，经八达岭、居庸关、沙城、宣化等地至河北张家口，全长约２００公里，１９０５年９月开工修建，于１９０９年建成，时间不满四年。是中国首条不使用外国资金及人员，由中国人自行设计，投入营运的铁路。这条铁路工程艰巨。现称为京包铁路，以前的京张段为北京至包头铁路线的首段。京张铁路是清政府排除英国、俄国等殖民主义者的阻挠，委派詹天佑为京张铁路局总工程师（后兼任京张铁路局总办）。
中华工程
辛亥革命后，詹天佑为了振兴铁路事业，和同行一起成立中华工程师会，是工程师有团体组织之始，并被推为会长。这期间，他对青年工程技术人员的培养倾注了大量心血，他除了以自己的行为作出榜样外，还勉励青年“精研学术，以资发明”，要求他们“勿屈己徇人，勿沽名而钓誉。以诚接物，毋挟褊私，圭璧束身，以为范例。中华工程师会的成立对展学术交流活动和推动科学技术事业的发展起到了突出作用为，在当时营造了一种积极的学术研究的风气。
轶事典故
娃娃出洋
１８７２年，年仅１１岁的詹天佑考进了幼童出洋预备班。同年，随容闳乘轮船由香港出发抵达上海，在预备学校进行“番书”（英文）的强化训练。１８７２年８月，“乘桴浮于海”的日子终于来到，包括詹天佑在内的第一批学生３０人远赴美国。清廷的救国迷梦现在看来是一枕黄粱，但对彼时的孩子们来说，独在异乡为异客未尝不昭示着新的机遇。
１８７３年，詹天佑考入美国西海文小学。他小小年纪，就知道自己薄薄的英文底子是不够用的，于是像诵四书五经似地天天背英语单词，然后大大咧咧地拉上外国同学来聊天，加强会话能力。１８７６年，他以优异成绩考取了纽海文中学。１８７８年，他又考入知名学府耶鲁大学，在土木工程系铁路专科进行深造。在藏龙卧虎之地，詹天佑永不言后，刻苦钻研，各科成绩都很优秀，特别是数学，在一、三年级时，曾获得数学奖学金。２０岁那年，詹天佑出色地完成了大学本科课程，成为当年归国的１０５名留美学生中仅有的两位学士学位获得者之一。
詹天佑在美国读书期间，兴趣广泛，表现出让美国同学惊异的学习能力和接受能力。课余时间，他阅读了大量具有民主思想的进步作家的文学作品。他还喜爱游泳、滑冰、钓鱼、打球等各种体育活动，特别喜欢打棒球，甚至一度成为中国留学生代表队——中华棒球队的队员。这支球队曾同旧金山附近的一支半职业队进行过一场表演赛，詹天佑的表现得到对手和观众的称赞，很多美国人都很震惊：长辫子的中国人、被称为“东亚病夫”的中国人，其实在球场上并不差呀！