Первая на территории Области Всевеликого Войcка Донского паровая железная дорога, участок будущей магистрали Москва-Ростов, протяженностью всего 66 км, была проложена в период с 1860 по 1863 год. Несколько ранее, с 1846 по 1855 годы на территории области действовала конно-железная дорога, осуществлявшая перевалку грузов между Волгой и Доном в районе станицы Качалинской, позднее через Качалинскую прошла Грязе-Царицынская железная дорога, связавшая Царицын (нынешний Волгоград) с центральной Россией. В 1855 году, в связи с низкой экономической эффективностью, дорога была разобрана.
Необходимость строительства железной дороги была обусловлена началом интенсивной разработки угольных месторождений в районе Грушевской, а также связанным с этим, ростом промышленности на Дону.
1 марта 1860 Наказной атаман Войска Донского, М.Г. Хомутов в рапорте на имя военного министра, в ведении которого тогда находились все дела Войска, дал подробное экономическое обоснование строительства дороги от Грушевских копей к пристани у станицы Мелеховской. Указ о строительстве Грушевской железной дороги был издан Императором Александром II 16 мая 1860 года.
В 1861 г. был сделан окончательный выбор направления железной дороги: она должна была пройти от Грушевских копей не в сторону Мелеховской станицы, как намечалось первоначально, а к станице Аксайской. Руководил работами инженер путей сообщения, подполковник Валериан Александрович Панаев, который был знаком со многими известными русскими писателями, в частности, дружил с Н.А.Некрасовым.
2 апреля 1861 года в двух верстах от Новочеркасска, у балки Тангаш, состоялась торжественная церемония, посвященная началу строительных работ на Грушевско-Донской железной дороге. "Праздник этот, как следовало ожидать, привлек многочисленную публику. После молебствия наказной атаман, как представитель Войска Донского, положив на тачку первую глыбу земли, прошел с нею некоторое расстояние, за ним следовал начальник штаба - член комитета железной дороги и, наконец, строитель дороги с прочими инженерами. Торжество кончилось обедом для рабочих и гостей" ("Донские войсковые ведомости", 4 апреля 1861 г.)
На строительстве работало около 3000 рабочих из числа крестьян Харьковской и Курской губерний. Шпалы и лесоматериалы закупались в России, металлические мостовые конструкции, паровые машины, гидравлические краны, поворотные круги, механическое оборудование для ремонтных мастерских, паровозы и вагоны - в Бельгии, откуда доставлялись пароходами из Антверпена на Таганрогский рейд.
Торжественное открытие дороги состоялось 29 декабря 1863 года по старому стилю. Правильное движение стало осуществляться с 1 января 1864 года. Дорога первоначально обеспечивала сообщение между станицами Аксай и Грушевская (с 1867 город Александр-Грушевск, а с 1920 года - г. Шахты), связывая угольные месторождения Грушевского района и столицу области -Новочеркасск с рекой Дон (станица Аксайская).
Для дороги на бельгийскомм заводе "Эдвард" были построены 4 паровоза. Кроме номеров 1-4 паровозы имели названия "Казак", "Ермак", "Атаман" и "Грушевский". Кроме паровозов дорога в год открытия имела 161 грузовой вагон, 8 зимних пассажирских,6 летних пассажирских вагонов.
Через некоторое время дорога получила несколько паровозов коломенского завода для пассажирской службы.
В 1868 - 1869 г.г.производилось строительство Харьково-Таганрогской железной дороги в дальнейшем вошедшей в состав Курско-Харьково-Азовской дороги - части магистрали "Ростов -Таганрог -Харьков - Москва". Строительство велось на средства акционерного общества. 6 июля 1869 года были сданы в эксплуатацию участки Иловайск - Таганрог и Таганрог - Ростов на Дону (эта местность, прежде относившаяся к Екатеринославской губернии, под названием Таганрогский округ вошла в состав Области Войска Донского в 1887 году).
К этому времени кроме железной дороги Аксайская - Александр-Грушевск, на территории области существовала и Волжско-Донская железная дорога,связывавшая Царицын (ныне Волгоград), с пристанью на р. Дон, близ современного города Калач на Дону. Примерно в эти же годы производилась прокладка Орлово-Грязе-Царицынской железной дороги, призванной связать Царицын с Москвой, центральными и западными районами Российской Империи. Значительный участок этой дороги мжеду станциями Царицын и Поворино проходил по землям Донского войска. Ныне это территория Волгоградской области.