Было принято решение разместить контору Северной Дирекции у Соснинской пристани близ Чудово, а Южной в Вышнем Волочке (позднее ее переведут в Тверь). Для лучшей организации работ каждое Управление (Дирекция) дробилось на участки в среднем по 5560 км, а участки на дистанции по 1012 км каждый. Участки и дистанции возглавляли те же инженеры, что руководили изыскательными партиями при пробивке трассы: Н. И. Липин, И. Н. Загоскин, В. С. Семичев, А. И. Штукенберг, Н. И. Миклуха (инженер путей сообщения, отец будущего путешественника и ученого Н. Н. Миклуха-Маклая), братья В. А. Панаев и И. А. Панаев, Г. А. Вериго, В. И. Граве и др. Все эти инженеры руководили работами с нулевых отметок строительства Петербурго-Московской ж. д. Братья Валериан и Ипполит Панаевы тесно связаны в дальнейшем с бологовским краем (усадьбы Пирос, Байнево, а также ус. Михайловское). Как инженеры путейцы, они участвовали в строительстве ж.д. участка от Окуловки до Бологое.
Таким образом, село Бологое как проектируемая станция оказалась в несколько «щекотливом» положении: как бы в середине трассы и будущей магистрали, но в Южной Дирекции, ближе к ее краю. Граница Дирекций р. Коломенец в районе деревни Озеревичи, к Поплавенцу (теперь р. Коломенка). На «Генеральной карте С.-Петербурго-Московской жел. дороги» уже была запланирована станция I класса Бологовская, поэтому граница Дирекций условно употреблялась по «Бологое» как ближайшей от фактической границы р. Коломинец.
К непосредственному строительству самой железной дороги приступили 27 мая 1843 года одновременно с двух сторон: от Петербурга на «Бологое» и от Москвы на «Бологое».
Земляные работы выполнялись почти полностью вручную с применением тачечной и конной возки. При забивке свай мостовых сооружений использовались паровые копры. Строительные работы выполняли главным образом крепостные крестьяне. Подрядчики нанимали их как в ближайших деревнях у помещиков, так и в отдаленных губерниях, договариваясь с помещиками.
Наиболее трудные работы пришлись на участки, где Валдайская возвышенность пересекала будущую магистраль (между станциями Лыкошино (тогда Валдайка) и Алешинка в Северной Дирекции, а в Южной Дирекции между р. Волга и г. Москва. Учитывая необходимость глубоких выемок, Ведомство путей сообщения приобрело в США 4 экскаватора вместе с механиком, и все это передали подрядчикам для выемок на Валдайской возвышенности. Подрядчики для производства работ на своем участке в поисках работных людей заключали контракты с помещиками. С крепостными крестьянами контракты не заключались по понятным причинам. Основная масса крестьян вербовалась у помещиков на период с 1 мая по 1 ноября.
В первые годы на строительстве железной дороги работало по 5060 тысяч человек. Они обязаны были выходить на работу с рассветом и прекращать ее с наступлением темноты. Днем полагался согласно контракту 2-х часовой перерыв на обед и отдых. Как правило, продолжительность рабочего дня составляла 1216 часов (в зависимости от времени года и погоды). Назначались непомерно высокие нормы выработки грунта. Они доходили до одной кубической сажени в день с отвозкой грунта на тачке. Рабочие разбивались на артели (бригады) и были связаны круговой порукой. Если кто-то не выполнял задание, заболел или не вышел на работу по другой причине, а оставшаяся часть артели не выполнила и его норму, то из заработка артели делался вычет. Болели, оплачивая харчи и лекарства из своего скудного заработка.
Жили строители магистрали в землянках, шалашах, палатках, реже в деревянных бараках, которые были построены заранее, еще на подготовительном этапе (до начала строительства на тот или иной участок завозились инструменты, оборудование, строились бараки и т.д.). В такого рода жилищах делались печи. Селились прямо артелями, по несколько десятков человек, спали вповалку на нарах, покрытых сеном. Тяжелый труд, плохое питание, отсутствие элементарных бытовых и санитарных условий приводили к массовым заболеваниям. Из болезней особенно свирепствовали тиф, холера, цинга. Например, по донесению 2-го Полицейского отделения строящейся железной дороги, только за 4 месяца (с 1 июля по 1 ноября) 1844 года число больных у двух подрядчиков составляло 4894 человек. Очень многие из заболевших умирали. Кое-где по трассе магистрали строились типовые холерные бараки; конечно, их было мало и не хватало. Такого рода лечебное учреждение имело место и на станции Бологовской (Бологовский Холерный барак). С него и следует отсчитывать начало бологовской медицины.
На столь невыносимые условия труда и быта на строительстве железной дороги работники не могли не реагировать. Много случаев массового ухода работных людей со строительных объектов. Все случаи документально фиксировались жандармским начальством и полицейским управлением. По каждому случаю принимались жесткие меры.
Самый яркий эпизод такого рода произошел на участке, где сейчас стоит станция Алешинка. 3 июля 1850 года со строительства ушла большая артель землекопов 80 человек. Их возглавил М. Давыдов. За беглецами на конях отправилась погоня. Когда их настигли, беглые оказали физическое сопротивление и сумели скрыться. Матвей Давыдов повел группу к Витебску, но после долгих скитаний по лесам осенью был пойман, жестоко избит, закован в кандалы и помещен в тюрьму города Витебск.
Делом М. Давыдова занимался полковник Мясоедов начальник штаба Института Корпуса Инженеров путей сообщения. В недалекие прошлые выпускники этого Института были многие декабристы братья С.И. и М. И. Муравьевы-Апостолы, Г. С. Батеньков и др., а одним из авторитетнейших и любимых профессоров Института являлся профессор математики К. А. Поссе сын инженер генерала А. Поссе активного участника строительства дороги (владельца усадьбы Петровское под Боровичами, а позднее усадьбы Кемцы в Бологовском районе). Насколько демократична была эта альма-матер всех российских инженеров-путейцев, можно лишний раз видеть по честному расследованию полковника Мясоедова на месте работы беглецов. В рапорте на имя Клейнмихеля он писал, что только крайняя жестокость подрядчиков и полицейских властей заставила крепостных уйти в самовольную отлучку бегство со строительства. Их плохо кормили, не выдавали денег на приобретение сапог, давали непосильные нормы выработки грунта. Наоборот, подрядчики в своих объяснительных письмах П. А. Клейнмихелю сваливали всю вину на крестьян. Генерал-адъютант граф Клейнмихель приказал вернуть беглецов на прежнее место работы, а закованного в кандалы Матвея Давыдова из Витебска сопроводили в г. Валдай, в местный острог, после чего военно-полевой суд вынес ему суровый приговор.
Многие инженеры были озабочены тяжелым положением работных людей на вверенных им участках и дистанциях (например, П. П. Мельников). Но их рапорты оказывались бесполезными. Железная дорога Петербурго-Московская строилась в эпоху крепостного права. До его отмены оставалось чуть более 10 лет.
Грандиозное строительство железной дороги близилось к завершению. Работы велись по всей трассе магистрали. Но где-то они продвигались быстрее, покрывались рельсами. Такие участки вводились в эксплуатацию раньше других. Самым первым, открытым для правильного движения, был участок Петербург Колпино (23 версты). На нем поезда пошли в мае 1847 года. Хорошо продвигалось строительство на участке от Твери до Вышнего Волочка у инженера Н. О. Крафта. В 1849 году император Николай I осуществил поездку по этому участку на поезде от Вышнего Волочка к Твери до Кольцова и поблагодарил строителей за труд. 29 июня 1850 года открыли движение на участке от самой Твери до Вышнего Волочка (111 верст), а в ноябре 1851 года были приняты в эксплуатацию Колпино Бологое Вышний Волочек и Тверь Москва (156 верст). Таким образом, строительство всей магистрали продолжалось 8,5 лет.
На дороге построили 34 станции и 2 крупных вокзала (Санкт Петербург и Москва). Все станции, помимо двух конечных, подразделялись на 4 класса. Станции I класса располагались друг от друга на расстоянии 160 км, II, III и IV классов на удалении 80, 40 и 20 км соответственно. При этом пассажирские станции I и II классов строились островными, т.е. между 1 и 2 главными путями (например, Бологое). Вокзалы в Петербурге и Москве возведены по проектам архитектора К. А. Тона, а остальные по проекту архитектора Р. А. Желязевича, но тоже под руководством Тона. Здания и сооружения на станциях I и II классов относились к категории долговечных. Срок их службы определялся не менее 100 лет. Они делались особо огнестойкими, кирпичные. Здания III и IV классов строились деревянными. Вокзалы на всех станциях I класса были сооружены с высокими архитектурными и эксплуатационными достоинствами, особенно на станциях Москва, Тверь, Бологое. Станции I класса: Санкт-Петербург, Малая Вишера, Бологое, Тверь, Москва. Вышний Волочек станция III класса. К моменту открытия железной дороги станций было меньше, остальные из ныне имеющихся возводились потом. На территории Бологовского края: станция Валдайка, III класса, открыта в 1851 году; станция Березайка, IV класса, открыта в 1851 году, но здание вокзала построено немного позднее (до 1864 года вокзала не было); станция Алешинка, IV класса, открыта в 1870 году. Станция Валдайка переименована в Лыкошино в 1899 году по названию близлежащей деревни.