9 мая 1891 года в районе Владивостока прошла торжественная церемония закладки магистрали, однако фактически строительство началось несколько раньше, в марте 1891 года на участке Миасс — Челябинск. Заключительный стык полотна произошёл 21 октября (3 ноября) 1901 года при строительстве Китайско-Восточной железной дороги. В июле 1903 года она была принята в постоянную эксплуатацию, что означало также ввод Великого Сибирского пути в строй на всём его протяжении, но не полностью по суше — через Байкал составы переправлялись на пароме. Непрерывный рельсовый путь между Санкт-Петербургом и Владивостоком появился после начала движения по Кругобайкальской железной дороге 18 сентября (1 октября) 1904 года, а спустя год, 16 (29) октября 1905 года, Кругобайкальская дорога как отрезок Великого Сибирского пути была принята в постоянную эксплуатацию. Строительство на территории Российской империи завершилось 5 (18) октября 1916 с открытием моста через реку Амур возле Хабаровска.
Изначальный маршрут: Москва — Павелец — Ряжск — Пенза — Сызрань — Самара — Уфа — Златоуст — Миасс — Челябинск — Курган — Петропавловск — Омск — Новосибирск — Тайга — Красноярск — Иркутск — Чита — Забайкальск — Харбин — Уссурийск — Владивосток, а также ход от Харбина до Порт-Артура.
Изначальный маршрут: Москва — Павелец — Ряжск — Пенза — Сызрань — Самара — Уфа — Златоуст — Миасс — Челябинск — Курган — Петропавловск — Омск — Новосибирск — Тайга — Красноярск — Иркутск — Чита — Забайкальск — Харбин — Уссурийск — Владивосток, а также ход от Харбина до Порт-Артура.