一。筹建资金和工程期限等方面的限制。詹天佑不辞劳苦的勘察了三条线路（第二条线路是今天的110国道，第三条线路是解放后才有能力修建的有着近百条隧道的 “丰沙线”），最终决定采用走关沟这条线，它使八达岭隧道缩短了一半。
二。开凿关沟隧道。开凿隧道，除了经验丰富的工程师，精密的测量，还要有开山机、抽水机等新式机械，可这些机械，当时中国还没有。从居庸关到八达岭之间的四条隧道，全是工人们用铁锤、钢钎和炸药，开凿出来的。
居庸关山势高，岩层厚，詹天佑决定采取从两端向中点凿进的办法。这个办法的难题在于两端开凿的线路如何对准，不出偏差。詹天佑带领工程技术人员从山谷最狭窄处勘测，然后升至山岭审查隧道洞线方向，先置经纬仪于“地点”，向“天点”取直，反过来测量“人点”，这样使天、地、人三点连成一条直线；再将经纬仪移置到“人点”，测视天、地两点，验证三点是否在一条直线上。测量准确后，在各点竖立标竿，依此标准，以定洞内中橛，然后用水平议测量各橛相差尺寸，依此绘成隧道的剖面工程蓝图。 开凿隧道时，两端各配60名工人，其中凿工40名，土石运输工20名。凿工以两人为一排，一人执钢钎，一人抡铁锤，轮流在岩石上凿炮眼，再填上炸药，放炮炸碎岩石。每个炮眼的大小、 深浅、方位，以及填充炸药的分量，都由詹在佑亲自决定。 隧道开凿到二三百米时，山顶泉水渗入洞中，当时没有抽水机，詹天佑带头用水桶、脸盆排水。
八达岭隧道全长1091米，是四条隧道中最长的。詹天佑设计了新的开凿方案——竖井施工法。在隧道通过的山坡上凿两个竖井，连同隧道两端，***六个工作面同时施工，这样大大加快了工程进度。
三。八达岭附近地势陡，坡度大，火车怎样才能驶上关沟。
詹天佑综合分析了八达岭一带的地质情况，利用石质坚硬的山坡，设计了“之”字形线路方案，从青龙桥起，在山坡上修筑多层铁路，依山腰折返，折返一次，提高一层，层层提升，火车缓缓爬上八达岭。火车在“之”字形线上行驶，为了安全、平稳，采用两部机车，一部在前面拉，一部在后面推。