1964年秋，党中央决定在西南尽快修筑成昆、贵昆、川黔3条铁路。
修建成昆铁路，在当时是为了建设攀钢的需要，更重要的是修建贯通云、贵、川三省的铁路干线。在战争爆发时，无论是向后方进行战略撤退，还是对前方进行物资支援，都在具有十分重要的意义。
毛泽东发出指示：“成昆铁路要快修”，“川黔贵昆铁路也要快修”。
1964年9月，中共中央批准成立了西南铁路建设总指挥部，下设工地指挥部、技术委员会和支援铁路修建委员会，长驻四川西昌直接领导成昆铁路全线施工，统一领导和指挥铁路会战。
李井泉任总指挥，铁道部长吕正操、副部长刘建章、铁道兵副司令员郭维城、西南局书记阎秀峰、国家科委副主任彭敏、商业部副部长张永励任副总指挥。
西南铁路建设总指挥部做出了全面部署，发出了铁路会战重要原则：
通好川黔、战好贵昆、上好成昆，集中优势兵力各个击破。
总指挥部明确指出通好川黔是为了战好贵昆；必须战好贵昆，才有可能缩短战线，集中兵力决战成昆。
在中央的一声令下，参加西南铁路会战的铁道兵、铁道工程队伍迅速云集到西南地区的崇山峻岭之中。参加西南铁路大会战的人数最多时达到30余万。其中包括铁道兵部队、铁路建设部门职工和云南、四川的民工等。其中铁二局由最初的2万多人到17万人，由5个工程处扩编为18个工程处。
广大指战员、铁路职工、民工团结一致，展开了声势浩大的铁路大会战，创造了一个个铁路建设史上的伟大奇迹。
3条铁路同时开工，声势浩大，困难也大。
一是工程浩大、工期紧迫，材料供应很难及时到位；
二是3条铁路沿线地质情况十分复杂，属于地震地带。滑坡、崩坍、岩爆、粉沙、断层、溶洞、温泉、瓦斯、泥石流、软土层等都遭遇上了，给施工造成了很大的潜在危险；
三是地形险恶，崇山峻岭、悬崖峭壁、峡谷幽深，给交通运输造成了很大困难；
四是架桥与隧道相连，施工任务十分艰巨，工程攻坚战很多；
五是地处深山大川之中的腹地，大多是少数民族的地区，经济文化十分落后，人民生活贫穷，很难就地解决生活生产所需；
六是筑路大军都是来自祖国的四面八方，生活习惯和思想状况差别都很大，技术力量薄弱。
西南工地建设指挥部技术委员会和铁工局技术委员会根据施工需要，先后组织了一个又一个技术攻关小组，与广大工人一同研究和攻关，大家群策群力，攻破了一个个技术难关。
在修筑贵昆线时，在滥坝路堤就有淤泥厚达5至7米的软土地段，路基修好后，一夜之间路下沉了6米。经过反复铺垫，但还是出现下陷，成了整个铁路不可逾越的鸿沟，阻碍了整个工程的进度。科研、设计、施工部门技术人员组成了“三结合”攻关小组，协同作战，经过4个多月的反复试验，终于攻克了难关，制服了软土造成的危害。
他们总结出了“深建桥、浅筑挡，两米换填石，平底打砂桩”的“治软技术”，为以后的施工积累了丰富的经验。
由于山川连接，隧道和桥梁工程很多，隧道施工技术的综合性非常强。“三结合”攻关小组发明创造了许多新的技术和方法。如加快隧道掘进速度的蘑菇形开挖和正、反台阶开挖法；以锚杆拉网喷混凝土联合支护、治理“岩爆”新工艺，试用化学浆液压注防水，解决衬砌漏水；压注水泥浆加固地层开挖、花拱支护、安全通过松散堆积碎石等。
在架桥施工中，“三结合”攻关小组根据地质、地形条件，创造了梁跨结构多样化，墩台轻型拼装化，索道吊装机械化，以及预灌、预串、预架、栓焊、贯砌等新技术、新工艺。
特别是成昆线上架设“一线天”的石拱桥方案，设计施工部门和到工地实习的大专院校师生组成了拱桥组，负责设计并指导施工。他们大胆采纳了一线建设者的建议：“甩开中墩，一跨飞越”。用了不到百天时间就建成了全长63.2米的桥梁。
这个石拱桥是我国当时最大跨度的空腹式铁路石拱桥，创造了铁路石拱桥设计和施工和向大跨度发展的里程碑。
西南铁路大会战参与面十分广泛。党中央和国务院领导十分重视，得到有关部、委和省市及沿线地方政府和各族人民的大力支援。西南各省、地、县各级地方政府都成立了支援铁路建设机构，主要领导亲自抓铁路建设工作。
在施工的前期，交通很不方便，各族人民就肩挑背扛，沿着山间羊肠小道，翻山越岭，为筑路大军背柴送粮，搬运物资。地方政府让房腾屋，安排职工生活起居。四川省还针对大、小凉山人烟稀少的特殊情况，动员川西平原的农民迁居凉山种植蔬菜，供应筑路大军生活。
西南铁路大会战人数之众多，声势之浩大，场面壮观、纪律之严明、行动之迅速、工程之艰巨等，在中外铁路建设史上都是空前的。
川黔铁路全长410.82公里，是贯通川黔两省的主要干线，是西南铁路网的重要组成部分。川黔铁路于1958年列入国家西南铁路网骨架实施兴建。
1960年1月完成小南段至五岔段。1962年底，完成了改建五岔至三江段；1962年初，川黔铁路因为压缩基本建设而停工。三线建设开始后，1964年9月，川黔铁路全线复工，于1965年7月8日，在白沙窝中桥南台接轨通车。
川黔铁路干线北起重庆，与成渝铁路铺轨至小南海出岔，至白沙沱作环形展线上升，与成渝线交后，跨线越白沙沱长江大桥，经五岔，沿綦江右岸至赶水，为渝起段；由赶水再沿松坎河进入贵州境内，过蒙渡后，因地势急剧上升，在马鞍山作环形立交展线，穿过4270米的凉风垭隧道，过元田坝、桐梓，穿越娄山关隧道，沿仁江河到遵义，跨乌江，再经息烽，久长而至贵阳，为赶筑段。
川黔铁路两侧人口稠密，物产丰富，矿藏量大，全线通车对于政治、经济、国防等方面都具有十分重大的意义。
贵昆铁路全长644公里。1966年3月接轨通车，1970年底交付营运。
襄渝铁路是连接中南、西南地区的重要铁路干线，是为了适应“三线”建设的需要，中央、国务院于1968年决定动工兴建。
由西端渝达段先开工，东端莫家营至十堰段后开工，从两端往中间修，以适应军工和第二汽车制造厂建设的需要。襄渝铁路由湖北至四川重庆，正线全长915.6公里。襄渝铁路从汉丹线的莫家营至川黔线的珞璜共859.6公里，线路为一级干线，设计年运量达1700万吨，襄渝至达县一次实现电气化。
建设方案确定后，由铁道部第二、四设计院、大桥局、电化工程局进行设计，共投放50多个建设队伍，6000多人参加勘探设计工作。整个线路由铁道兵负责施工，7座主要大桥由大桥工程局负责设计和施工，电气化工程部分由电化工程局施工。
1964年8月，根据毛泽东、周恩来的指示，人民解放军铁道兵抽调19万人和铁道部工程局以及民工一起，参加成昆、襄渝铁路大会战。经过全体军民的共同奋战。
成昆铁路于1970年7月1日正式通车，襄渝铁路于1973年10月19日正式接轨。
襄渝铁路完成的主要工程有：隧道405座，折合单线延长287公里。其中长1至3公里的隧道有81座，长3至5公里的隧道有10座，长5公里以上的隧道两座；桥梁716座，折合单线延长113公里，其中特大桥13座，仙人渡汉江大桥长1685米，紫阳汉江大桥桥墩高70.5米，最大梁跨144米。全线桥隧折合单线延长400公里，为正线长度的46.5%，另有大量的挡土墙及涵管工程，全线99个车站，有35个建在桥梁或延伸至隧道内。
襄渝铁路工程的艰巨性，不仅在中国铁路建设史上前所未有的，在世界铁路建设史上，也是罕见的。
襄渝铁路全线通车，为成渝铁路、宝成铁路分担了部分客货运输任务，为完善“三线”铁路网络建设起了重要作用。
在非常困难的情况下，铁路会战却取得了节节胜利，创造了铁路建设史上的奇迹，主要靠以下几点作保障：
一是靠强有力的思想政治工作。
为实现党中央、毛泽东“加快内地建设”的战略决策，全部职工发扬自力更生、艰苦奋斗、奋发图强、敢闯敢拼的革命精神。
在战天斗地的实践中，涌现出许许多多的英雄模范人物。仅西南铁路会战的头两年，全系统就评出各种先进人物1.7万人次，先进集体1100多个，“三手”，即技术能手、革新能手、“三八”红旗手9800多人，有6600多人次立功。还树立了“五朵金花”、“十面红旗”、“十员闯将”、57名标兵，作为全体建设大军学习的榜样。二是靠毛泽东哲学思想指导施工。
会战开始，铁二局党委就按西南铁路工程指挥部党委的指示，要求各级干部学习毛泽东的《实践论》和《矛盾论》等哲学著作，学会用辩证唯物法的观点，解决贯穿始终的人与人、人与自然、人的主观与客观等矛盾。
抓住了“工程任务繁重”与“施工力量不足”这对主要矛盾，做出“通好川黔，战好贵昆，上好成昆”，集中优势兵力各个击破的全面部署。
并且明确指出：
通好川黔是为了战好贵昆；战好贵昆，才有可能缩短战线，集中兵力决战成昆。
三是靠科学地组织施工。
除坚持计划管理、施工组织设计、技术管理和经济核算等常规制度外，还制定有明确的战略目标和战役目标，起到了组织群众、调动积极性的重要作用。
在西南铁路指挥部提出“建路、建军、建章”的大目标和“从难、从严、落实、过硬”作风要求的指导下，铁二局分阶段地具体落实，积小胜为大胜。在施工准备中，明确规定：“路、房、通、电、水五事先行，‘路’字当头”，准备不好不上。
在组织施工中，以工程指挥部颁发的《隧道快速施工纲要》为准绳，广泛开展“双百、双保、两不超”竞赛；在桥梁施工中，开展了“三保、两无、不过月”活动；在土石方施工中，实行“满勤、三保、一万方”行动。在整个施工行动中，不断掀起“比、学、赶、帮、超”的竞赛热潮，高产纪录不断刷新，经济效益明显提高。
在工程质量上，除常规管理外，还广泛开展了树“样板工程”活动，抓点带面，典型引路，基本上做到不同层次、各类工程都有样板。较强的质量意识，做出了高质量的工程。
在队伍建设上，制定了《工程队管理条例》和《隧道工程队等级配备标准》，做到管理制度化、装备标准化，有利于队伍的稳定和提高。
四是靠技术进步攻克难关。
在西南铁路工程指挥部技术委员会领导下，铁二局技术委员会根据施工生产需要，先后组织了一个又一个的技术攻关组，下到工地与工人同吃同住同研讨，既破难关，又推进了技术发展。
五是靠群众智慧和力量。
西南铁路建设大会战的经验，最基本的是：上靠党的领导，下靠工人阶级。
在施工队伍内部，实行“两参一改三结合”，就是依靠工人阶级，大干社会主义积极性的有效方法。在关键时刻、关键工程、关键工序上，干部跟班劳动，熟悉情况、掌握规律、体察群众疾苦，做出正确决定。
六靠人民铁路人民修。
这是取得会战胜利的重要保证。省、地（区）县各级地方政府，都成立了支援铁路建设机构，把“支铁”工作当作政治任务。
数以万计的各民族人民，沿着羊肠小道，翻山越岭，背柴送粮，搬运物资。地方政府让房腾屋，安排职工居住；设立商业、文化网点，改善职工生活。
