天佑为西陵铁路建设总工程师，责成他按期完成铁路修建任务。詹天佑经过周密的计划，细致的勘测，动用5000民工，仅用了4个多月时间，便提前完成了西陵铁路的修筑任务。
西陵铁路东起京汉铁路线上河北保定高碑店站，向西经过涞水县，终点为河北易县梁各庄清西陵附近，全线总长为46.42公里，为当时京汉铁路的一条准轨铁路支线。西陵铁路又叫做高易铁路、高易皇陵支线铁路。
1903年4月，慈禧太后如期乘坐西陵铁路专列前往清西陵祭祖扫陵，成为中国历史上第一位坐火车专列前往祭祖扫陵的皇太后。慈禧太后对于自己乘坐火车前往清西陵祭拜先祖一事非常高兴，于是专门下令表彰奖励修建铁路有关的詹天佑等人，还把洋人送给她的瑞士钟表珍品赠赐给了詹天佑。据说，这只瑞士钟表珍品在2009年10月广东佛山拍卖会上竟然起价2600万元人民币。
最初划归京奉(北京至沈阳)铁路代为兼管，后又作为支线铁路划归京汉铁路接管。辛亥革命后，北京站一度开通了北京至西陵的旅游专列，西陵铁路成为中外上层人士到清西陵参观旅游的游览线。
1927年，在军阀混战中，西陵铁路遭到严重破坏，许多路段的路基曾被炸弹炸平。1928年，东北奉系军阀东撤时，将西陵铁路线上的机车全部运往东北，并拆运掉部分钢轨，对铁路再次进行大规模破坏，致使西陵铁路由此开始停运。
1931年8月，在社会各界人士的呼吁下，京汉铁路局派人对西陵铁路进行了一次较大规模的修复，并对原有破旧机车进行了赶修，使得西陵铁路于当年12月得以恢复客运通车。
“卢沟桥事变”爆发后，占领华北的侵华日军将西陵铁路梁各庄至易县段的93公里铁轨拆除，并把剩下未拆的高碑店至易县的线路改为16公斤的小钢轨，于1938年2月1日起开始营运，主要用于掠夺沿线工农业产品和矿建材料。后由于当地地方抗日武装不断对其进行袭击破坏，使侵华日军被迫停止了该铁路运输。1943年，日军又将西陵铁路全部拆毁，铁轨和枕木等被运走用于铺设古北口至北京双桥的铁路所用。
新中国成立后的“***”时期，保定市及易县等当地政府对西陵铁路的路基进行了全面修补，
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