После Октябрьской революции 1917 года все государственные железные дороги Царской России были национализированы, а уже к 1918 году и все частные дороги перешли в руки государства. К этому времени протяженность сети железных дорог России составляла около 73 тыс. км, причем сконцентрированы они были в европейской части страны. Доля Сибири, Казахстана и средней Азии составляла всего около 15% общего числа железных дорог. Рельсы использовались легких типов - Р30 (т.е. 1 метр рельса весил 30 кг), что не позволяло перевозить тяжёлые составы, да и паровозы не имели требуемой тяговой силы для перевозки больших грузов. Кроме того, использовались непропитанные шпалы (что ускоряло их износ) и слабый песчаный балласт. Большая часть линий имела стандартную ширину колеи в 1524 мм, но было достаточно много узкоколеек с шириной 750-100 мм.
Маломощные паровозы имели всего 500-650 л.с. (к примеру, уже устаревший электровоз ВЛ85 имеет около 13650 л.с.), а вагонный парк состоял из двуосных вагонов со средней грузоподъемностью 15,2 тонн (к слову, стандартные современные четырехосные крытые вагоны могут везти до 72 тонн груза, а 32-осные транспортёры - до 480 тонн).
Разруха первой мировой и гражданской войны привела железные дороги России в крайне ужасное состояние. Пришедшие к власти большевики прекрасно понимали, что без развитого транспортного сообщения страну было не удержать, и уже в ноябре 1917 года был создан Народный комиссариат путей сообщения. К этому времени на дорогах оставалось рабочими только 30% паровозов, было разрушено 86 железнодорожных мостов, повреждено или разбито 15 тысяч вагонов, телефонные и телеграфные линии связи выведены из строя. Одним из первых указов комиссариата стало введение военного положения, на время его действия железнодорожники считались призванными на военную службу. На железные дороги назначили чрезвычайных комиссаров, имеющих особые полномочия, и напрямую подчиняющимися первому наркому путей сообщения Марку Елизарову.
VIII Всероссийский съезд Советов в 1920 г. по плану ГОЭЛРО принял решение о введении электрификации на железной дороге. Тогда же был составлен и утвержден Общий устав железных дорог РСФСР. Кроме того, 1920 год отмечен в истории железнодорожного транспорта большим заказом на производство 1200 паровозов за рубежом, на заводах Германии и Швеции. 1921 год ознаменован первым советским изданием Правил технической эксплуатации железных дорог.
Выполнение плана электрификации привело к тому, что первый тепловоз с электрической передачей по проекту профессора Я.М.Гаккеля, совершил свой рейс по железной дороге Ленинград—Москва в 1924. А в 1926 была открыта первая советская электрифицированная железнодорожная ветка пригородного сообщения Баку—Сабунчи —Сураханы. В 1930 сдана электрифицированная Туркестано - Сибирская линия (Луговая—Алма-Ата—Семипалатинск), протяженностью 1442 км.
В 1930 году было принято решение усилить верхнее строение пути путём внедрения щебёночного балласта. Был поднят вопрос о введении более мощных локомотивов, большегрузных вагонов, автосцепки, автотормозов, оборудование линий автоблокировкой и внедрении селекторной связи. Введение автосцепки считается очень важным событием в истории железных дорог, ведь при использовании ручной винтовой сцепки на формирование/расформирование поездов уходило очень много времени и людских ресурсов, простой вагонов на станции достигал суток.
Важным событием стала постройка в 1932 году первого советского электровоза постоянного тока ВЛ19 (ВЛ - инициалы Владимира Ленина), мощностью в 2700 л.с.
В 1934 г. на станции Красный Лиман была введена в эксплуатацию первая механизированная сортировочная горка, в это же время начинается введение диспетчерской централизации.
В 1938 году начался выпуск электровозов серии ВЛ22.
В результате всех предпринятых советским правительством мер, к началу второй мировой войны, по сравнению с 1913 годом, грузооборот на железной дороге вырос в 5,6 раза, а протяженность дорог - в 1.5.
