1874年，日本占领琉球群岛后，开始入侵台湾。然后西班牙还威胁从它占领的菲律宾群岛攻击台湾。为了加强台湾的防御，清政府接纳洋务集团丁日昌为福建总督(台湾属于福建)。
1876年，丁日昌访问台湾后，向法院强调铁路建设的重要性。直隶总督兼北洋大臣李鸿章、两江总督沈葆桢等重要官员也认为，在台湾修建铁路是“最有用处的”，“无事可做时，方便搬运货物，有事可做时，有必要出兵沟通”。清政府总理衙门也认为在台湾建立铁路是“管理整个台湾的关键”。由于法院持有同样的观点，1877年4月7日，清政府决定要求丁日昌“迅速检查地形和计划”。
1885年，中法战争结束，台湾首次独立。第一任省长是刘明川。1887年初，刘明川以加强国防和发展商业为由，再次向法院上诉重建台湾铁路，并很快获得批准。
1887年春，刘明川正式主持台湾铁路建设，选择临时省会台北以西约8公里的代道城(Daidaocheng)作为铁路枢纽，向东北方向开往基隆，向南经过昌化(计划中的新省会)到达原旧省会台南地区。由于筑路设备主要从英国和德国购买，工程设计采用英国工程师，铁路采用英国标准。1887年3月，从大道城到基隆的路段开始施工。几个月后，南向铁路开始建设，台湾第一条铁路终于破土动工。
1891年秋，台北基隆区竣工。1893年，台北至新竹的线路竣工。从基隆到新竹，共有15个车站。直通车已经建成，由“云腾”、“玉峰”、“陈超”和“闸店”四辆机车牵引。
台湾铁路的建设让西方列强嫉妒英国在中国不断扩大的影响力，以及他们进一步分裂中国的野心。他们都想通过修路来获取利益。因此，在新竹修建铁路时，清政府一方面害怕刺激大国的贪婪，另一方面又很难继续筹集资金，所以工程在完全完工前就停止了。就这样，只花了六年时间就建成了一条从基隆经台北到新竹的99公里铁路，总造价为132万元。
