A vasút-villamosítás kísérletei már a XIX. század végén megkezdődtek Magyarországon, de az első vasútvonal-villamosításokra kis periódusszámú, egyfázisú váltakozó áramú rendszer bevezetésével, csak 1911-ben került sor a Vác–Veresegyház–Rákospalota–Újpest (40 km), va­lamint a Veresegyház–Gödöllő (10,4 km) vonalon. Ekkor már eredményekkel kecsegtető kísérletek kezdődtek Kandó Kálmán háromfázisú nagyfeszültségű rendszerének alkalmazására is.
A vasúti pályahálózat működtetésének elengedhetetlen elemei a ma­gas­épít­mé­nyek, az épületek. Ezek közül a legfontosabbak az utasok és a fuvaroztatók vasúttal való találkozásának pontjai, az állomásépületek, valamint a forgalom lebonyolításához szükséges üzemi épületek. A vasúti munka színvonalas ellátásának, a vasutas életforma minőségi javításának eszközei az irodaházak, oktatási épületek, a lakóházak, a művelődési központok, a sportlétesítmények, az üzemorvosi és szakorvosi rendelők, kórházak, nevelőintézetek és egyéb gyermekintézmények. A nagyszámú kis- és középállomás, valamint az üzemi épületek építése lehetőséget nyújtott típustervek kidolgozására és alkalmazására, a nagyobb városok reprezentatív állomásépületei, irodaházai viszont egyedi tervezést igényeltek, és mindmáig sok helyen városképi jelentőségűek. A kor fontosabb vasútépítészeti alkotásainak sorában feltétlenül megemlítendő Vác állomás felvételi épülete (1846), a Budapest Nyugati indóház (1846) (5. ábra), amelynek funkcióját 1877-ben az Eiffel-iroda fővállalkozásban épített, ma is szemet-lelket gyönyörködtető épületegyüttese vette át, Ószolnok felvételi épülete (1847), a Déli Vasút budai pályaudvara (1861), a Központi (mai Keleti) pályaudvar (1884), a Losonci (Józsefvárosi) pályaudvar (1884), a Kelenföldi pályaudvar (1884).

A vidéki nagyvárosok nevezetes vasúti épületeivel kapcsolatban feltétlenül meg kell emlékezni Pfaff Ferenc vasúti építész munkásságáról, mert az ő nevéhez kötődik egyebek között a győri (1884), a fiumei (1890), a zágrábi (1892), a temesvári (1900), a szegedi (1901), a debreceni (1905) felvételi épületek és a szegedi üzletvezetőség székházának tervezése is.
Ebben az időben a MÁV központi igazgatási szervezetei Budapest területén szétszórtan látták el feladataikat. Az irányítóegységek egy épületben való elhelyezése érdekében épült meg a MÁV Nyugdíjigazgatóság finanszírozásával – Rochlitz Gyula MÁV-építész tervei alapján – a mai Andrássy út 73–75. szám alatti reprezentatív irodaház, a „Sugár úti palota”. A célszerűen és elegánsan kialakított MÁV-székház építését 1876-ban fejezték be. A vasúti vezetők és hivatalnokok szakmai fejlődésének elősegítésére itt helyezték el 1887-ben az igazgatósági könyvtárat is.
A vasúti pályahálózat növekedésével egyre nagyobb gondot okozott a vasúttársaságoknak a járművek beszerzése és karbantartása. Az első járműveket külföldről szerezték be, majd 1873-ban megkezdődött a gőzmozdonyok hazai gyártása. A leégett Magyar Állami Gép- és Kocsigyár telephelyén épült új üzemet (a későbbi Északi Járműjavítót) 1875-ben leválasztották a MÁV Gépgyár szervezetéről, és járműjavítási feladataival az Államvasutak főműhelyeként az Igazgatóság felügyelete alá helyezték. A Gépgyár a MÁVAG elődjeként továbbra is járműgyártási tevékenységet látott el. A kezdetben osztrák, majd hazai tervek alapján készült mozdonyok az 1880-as évektől már európai színvonalat képviseltek. A századfordulón a mellékvonalak forgalmában megjelentek a motorkocsik is.
A MÁV kocsiparkja kezdetben szintén külföldi gyártású járművekből állt. A MÁV kocsiszükségletének kielégítésére az 1890-es évektől már döntően a hazai kocsigyárak vállalkoztak.
A MÁV-nak a járművek beszerzése mellett azok karbantartásáról is gondoskodnia kellett, így a járműpark bővülésével párhuzamosan épültek a fűtőházak, a kocsijavítók és a nagyjavításokat végző főműhelyek.
A vasúti hálózat fejlődését követve folyamatosan változott a MÁV szervezete is. Kezdetben az Igazgatótanács volt a MÁV legfőbb döntéshozó szervezete, amelyet később a Magyar Királyi Államvasutak Üzletigazgatósága, majd 1872-től a Magyar Királyi Államvasutak Igazgatósága követett. Fokozatosan kialakult és állandósult a MÁV háromlépcsős szervezeti rendszere, amelynek szintjei az Igazgatóság, a területi Üzletvezetőségek, valamint a jól elhatárolható vasúti szakmák szerint tagolt végrehajtó szolgálat. A hálózat növekedésével többször változott az üzlet­vezetőségek száma és székhelye. Alapításuk időrendje szerint 1918-ban az alábbi vasúti központokban működtek üzletvezetőségek: Zágráb (1870), Kolozsvár (1876), Budapest Központi (1881), Arad (1884), Szeged (1888), Debrecen (1890), Budapest bal parti (1891), Miskolc (1892), Szombathely (1895), Temesvár (1911), Szabadka (1912), Pécs (1913).
A vasúti technika fejlődése, a közlekedés és a társaság irányításában dolgozó vezetők helyes döntései, az egységes szemléletű vasút-üzemeltetés megvalósítása, továbbá az egyre képzettebb, elkötelezett vasutas szakemberek odaadó munkájának eredményeként a MÁV személyszállítási és árufuvarozási teljesítményei nagymértékben növekedtek. A közforgalmú közlekedésben az 1910-es évekre általánosan elismertté vált a vasúti közlekedés dominanciája.
A MÁV mindenkor nagy figyelmet fordított a foglalkoztatottak szakmai ismereteinek bővítésére, szociális körülményeik javítására. A Tisztképző Intézet mellett 1893-tól a járműjavító főműhelyekben sorra kezdték meg működésüket a szakmunkásképző tanonciskolák. A vasutas árva gyerekek, valamint a településektől távol működő szolgálati helyeken dolgozók gyermekei számára a MÁV nevelőotthonokat létesített: 1896-ban Szegeden, 1897-ben Kaposváron, 1905-ben Szatmárnémetiben, majd 1913-ban Kőszegen.
Az embert próbáló vasúti munka nehézségei, veszélyei már a kezdetekben szükségessé tették az egészségügyi szolgáltatás megszervezését a munkaterületeken. Már a Pest–Vác vonal építésekor szerződ­tetett a vasúttársaság pályaorvosokat, akik a forgalom megnyitása után a vonal szélesebb környezetében látták el feladataikat. Az egységes elvek szerint felépülő és működő pályaorvosi hálózatot 1870-ben hozták létre, és működtetésének biztosítására 1881-ben kötelezővé tették a vasúti betegsegélyző tagságot.
Több nagyobb vasúti csomóponton vasutas lakókolóniák létesültek iskolákkal, olvasókörökkel, sportegyesületekkel. Ezek a szervezetek nagyban hozzájárultak a vasutasság társadalmi megbecsülésének növekedéséhez.

A Magyar Államvasutak a két világháború között

Az első világháború lezárását jelentő, a versailles-i Kis-Trianon kastélyban 1920. június 4-én megkötött békediktátum példátlan mértékben csonkította meg Magyarországot. Elszakította, és a szomszédos országokhoz csatolta az ország területének 67,8%-át, a lakosság 59,0%-át és a vasúthálózat 61,9%-át. Az ország 1918. évi, 22 869 km hosszúságot kitevő vasúthálózatából mindössze 8705 km maradt az új határok által kialakított Magyarországon. Ennek tulajdonosok szerinti megoszlása: MÁV 3068 km, társasági fővasút 780 km, HÉV 4798 km, idegen vasút (peage) vonal 59 km.
Az országcsonkítás előtt a magyar vasutaknak 27 határállomásuk volt, amelyek közül a békekötés után egy sem maradt az új államhatáron belül. A határokat úgy állapították meg, hogy azok 49 vasútvonalat vágtak át, amelyek közül 42 vonal nyílt pályán ért véget, ezért 22 új határállomást kellett létesíteni. A határok kijelölése során a Budapest-központú, sugarasan megépült gerinchálózat egyes vonalait összekötő átlós vonalak többsége a határokon kívülre került, ami azt eredményezte, hogy az azokon lebonyolódó nemzetközi forgalom elkerülte Magyarországot.
A világháborús események és a román katonai megszállás miatt a Magyar Államvasutak vontató és vontatott járműállományát is súlyos veszteségek érték. A MÁV-nak 1919 őszén mindössze 410 gőzmozdonya, 615 személykocsija, 26 905 üzemképes teherkocsija volt, szemben a háború előtti 3991 mozdonnyal, 8130 személykocsival, illetve 88 174 teherkocsival.
A háborús időszakot követő gazdasági nehézségek miatt az első évtizedben csak néhány rövid vonalszakasz megépítésére került sor. A vasútépítési tervekből csupán a Dunaföldvár–Solt 11 km-es vonalszakasz valósult meg.
Az ország 1938–1941 közötti területi gyarapodása újabb vasútépítési lehetőségeket és igényeket teremtett elsősorban Kárpátalján és Erdélyben. Kárpátalján a sóbányák vasúti hálózatba történő újbóli bekapcsolását szolgálta a 16 km hosszú Taracköz–Aknaszlatina közötti vonal kialakítása. Erdélyben ekkor épült meg a Székelyföld és az anyaország vasúti kapcsolatának újbóli megteremtésére a legendás Szeretfalva–Déda 48 km hosszú vasútvonal, valamint a 16 km hosszúságú Szászlekence–Kolozsnagyida 760 mm nyomtávolságú vonal. A Szeged személypályaudvar és a Szeged Rókus–Röszke vasútvonal összekapcsolását szolgálta az 1942-ben üzembe helyezett 2,9 km-es deltavágány megépítése.
A forgalom megnövekedett igényei miatt második vágányok építésére került sor az alábbiak szerint: 1925–27-ben Győr–Hegyeshalom (145 km), 1937–42-ben Martonvásár–Székesfehér­vár–Sza­bad­battyán (43 km), 1939–41-ben Sza­jol–Debrecen (110 km), 1940-ben Sár­bogárd–Rétszilas (9 km), 1942-ben Sza­jol–Pusztatenyő (7 km) összesen 214 km, valamint Erdélyben Dés–Zsibó között (77 km).