1960年中苏关系破裂后，苏联同蒙古签订军事条约，在中苏、中蒙边境屯兵百万（80万），对我国的北部安全构成直接威胁。1962年中国与印度也因边境问题发生战争，1964年国际紧张局势进一步升级，美国为了封锁我国，在越南南部登陆，出动飞机轰炸越南北部，正式介入越南战争，战火一度波及我国。而盘踞在海峡对岸的蒋军“反攻大陆”的气焰也愈发的嚣张。在这样恶劣的地缘环境中，国家的安全受到挑战，战争随时可能爆发。为了应对威胁，毛主席提出立足于“大打、早打、打核战争”的战略思想，积极、主动、全面的进行战备，1964年作出了三线建设的重大决策。
三线建设示意图（红色区域为三线）
三线建设的重点区域在西南的四川省（包括重庆）、贵州省、云南等省，贵州三线时期建有六盘水煤炭基地、061航天工业基地、083电子工业基地，全国20多个省、市的100多家一线、二线地区的企业、医院、科研院校陆续迁到贵州，包建单位、对口支援的老厂和几十万职工、科研队伍齐聚贵州。贵州的三线建设，铁路和电力建设居首，充满坎坷的湘黔铁路就是在三线建设时期完成修建，它的建成方便了贵州与湖南之间的往来，将西南、中南的铁路相连，在贵阳与川黔、贵昆铁路接轨。
湘黔铁路横跨湖南和贵州两省，东起湖南省株洲，经湘潭、娄底、新化、烟溪、涟源、安化、溆浦、怀化、新晃、玉屏、镇远、翁塘、凯里、半边街等站到达终点贵阳站，全长905公里，共设有车站108个。
早在1913年的时候，北洋政府就计划修建贵州和湖南之间的铁路，当时聘请法国、比利时的工程师进行线路规划，后因战乱而放弃。1938年国民政府相继修通了株州至板塘、湘潭至兰田（今涟源）的区间线路。1939年9月，因抗日战争，湘黔铁路被迫停工，为了防止日军利用已建成的铁路线，国民政府紧急拆除了上述路段，对重点路段的路基进行战略性破坏。
新中国成立后，百废待兴，铁路对于国民经济的作用至关重要，因此重启对湘黔铁路的修筑。1958年，铁道兵二师完成了湘潭至新化段195.7公里的修筑任务。1959年，开始对贵州贵定至湖南新化的铁路线进行突击建设，当时贵州铁路局派5个工程处参与建设，另外贵州省政府动员各县4万多名民工、民兵参与施工。当时建设场景声势浩大，广大群众积极踊跃，有的家庭老少三辈齐上阵。后来因国家经济调整，缩减基本建设工程，湘黔铁路成为缓建项目，此时完成了大部路段的路基工程，以及3座桥梁建设。
老少齐上阵
1964年，由于复杂的国际形势，我国展开了三线建设，铁路建设成为三线建设的重中之重，先后建了：成昆、川黔、贵昆、襄渝、阳安、青藏铁路格尔木段等9条铁路。西南因独特的地理位置成为三线建设的主战场，湘黔铁路因三线而再次启动。
1970年8月湘黔铁路会战总指挥部成立，湘、黔两省也分别成立会战指挥部，主要市县还设有会战分指挥部。1970年10月，湖南、贵州东西两线同时开工，铁道部调集9万余人专业施工队伍，同时湖南动员45万民兵、贵州动员34万民兵参与建设，另外还有大量学生、知青、干部投身于铁路的修建。很多学生当时只有十六七岁，每天和大人们同吃同住、一起劈山、碎石，一起推独轮车，很多人手脚、肩膀都磨破了，但依然咬牙坚持，没有人退缩，他们弱小的身影穿梭于整个建设期间。
1971年1月11日新化分指衡阳六团四连的民兵在新化车站工地凿石移山
湘黔铁路沿线地势险峻，地质极其复杂，它贯穿了武陵山和苗岭，全线长905公里，其中湖南段550公里，贵州段355公里，共有隧道297座，隧道总长度为113公里；桥梁309座，总延长为44公里，桥隧比高达17%，施工难度非常大。
贵州段最长的隧道是新牌隧道，长2.82公里，地质以石灰岩为主，1971年6月在施工时正逢雨季，隧道内渗水严重，造成积水。负责新牌隧道建造任务的是铁二局七处及贵定、独山两县的民兵团，他们不畏艰险和困难，用15台抽水机紧急抽水排险，用了整整一个月时间才将积水清理干净，保障了后续工程的展开。在东山坪隧道的建设中，毕节、水城的民兵团曾发动数次大会战，保质保量的提前完成任务。另外丹寨县由216名女民兵组成的民兵连，她们打通了一条256米长的隧道，这条隧道被称为“三八隧道”，以纪念他们动人的事迹——巾帼不让须眉。
三八隧道
三八隧道如今仍在使用
湘黔铁路建设高峰期，由于贵州、湖南的建设项目众多，各种生产、生活物资十分匮乏，因此建设者们的生活条件非常艰苦，他们每天吃窝头、喝的是泛着油花的青菜汤，就着咸菜吃，吃一顿豆腐就是改善伙食了。为了解决住宿，沿线的广大群众非常积极，给建设者们腾房、让屋，一部分建设者就住在沿线的百姓家中。但参与修建铁路的队伍太庞大，大部分建设者们只能住在工地附近的席棚子、简易帐篷中。他们克服了恶劣的天气，克服蚊虫蛇蚁的侵扰，条件虽然艰苦，但没有人有怨言，都以到最艰苦的地方去为荣，每个人都争做劳动标兵。
工地伙房
在毛主席“三线建设要抓紧”的感召下，建设者们干劲十足，他们头顶烈日、脚踏荒野，硬是用肩挑背扛完成了一项项不可能完成的任务，他们发扬“愚公移山”的精神，团结协作，勇于创新，最终圆满的完成了祖国和人民交给的任务。1972年10月13日，东西两路人马在贵州黔东南翁塘胜利会师，随着最后一段铁轨落下，标志着湘黔铁路全线贯通。
翁塘会师接轨
翁塘胜利会师
1973年7月1日，湘黔铁路湖南段交付运营，极大的方便了沿线百姓的出行，1975年1月1日，湘黔铁路全线投入运营，这条历经60多年坎坷之路的铁路终于建成。
湘黔铁路湖南段运营
湘黔铁路缩短了西南与华中、华东的时间和空间距离，带动了沿线的经济的发展，彻底改变了西南交通运输落后的状况，为西南各地矿产资源开发和加强工业、国防建设创造了前提条件。湘黔铁路还有几条支线，如大龙汞矿支线、玉屏储木场专线、羊坪储木场专线、贵定复烤厂专线、凯里货场专线等。
湘黔铁路湖南怀化站
湘黔铁路因隧道和桥梁多，因此被誉为“空中走廊”和“地下长城”，在建设过程中，很多工程兵、民兵付出了宝贵的生命，沿线的玉屏、青溪等地都建有烈士陵园，他们用生命谱写了一段“气吞山河”的历史，用生命筑起钢铁长龙。湘黔铁路90万建设大军用了短短两年时间，在“连峰际天，飞鸟不通”的大西南创造了一条贯穿湘黔的铁路奇迹。