Указ о строительстве железной дороги между старой и новой столицами Николай I подписал в феврале 1842 года. Его министры настоятельно советовали отказаться от слишком затратного проекта, но император назвал магистраль «благом для Отечества», которое хотя и «сопряжено с значительными расходами, но обещает государству выгоды многоразличные».

Строительство началось летом 1843 года. К работам привлекли десятки тысяч человек, а технику закупили в США. Всего построили 645 км железнодорожных путей, два вокзала, 34 станции и 190 мостов. Проект обошелся в 67 млн рублей — почти треть годового бюджета империи.

Первые участки пути заработали уже спустя четыре года, а утром 13 ноября 1851 года в Санкт-Петербурге состоялось торжественное открытие всего маршрута. Множество людей собрались тогда наблюдать за отправлением первого поезда в Москву. Как писала пресса, состав с 192 пассажирами «двинулся при общих радостных восклицаниях и при усердном пожелании… счастливого пути». Спустя 21 час 45 минут поезд прибыл к месту назначения.

Новая магистраль позволила быстро и оперативно перемещать пассажиров и грузы между двумя столицами в течение суток. До ее открытия на это уходило два-три дня. За 50 лет эксплуатации чистый доход от нее вырос в десять раз.

В 1923 году названную в честь императора Николаевскую железную дорогу переименовали в Октябрьскую. Это имя она носит и сегодня.