Πρώτες Απόπειρες
Οι πρώτες προσπάθειες για την κατασκευή της γραμμής χρονολογούνται από τη δεκαετία του 1870, αλλά καμία δεν υλοποιήθηκε. Το 1881, η κυβέρνηση Κουμουνδούρου υπέγραψε σύμβαση με τον Γάλλο Perdoux, η οποία κατέληξε σε αδιέξοδο το επόμενο έτος, όταν ο ανάδοχος ζήτησε τροποποίηση των όρων. Ο νεοεκλεγείς πρωθυπουργός Χαρίλαος Τρικούπης κατήγγειλε τη σύμβαση και το 1889 υπέγραψε νέα σύμβαση με Άγγλους επενδυτές. Παρά τις αντιδράσεις της αντιπολίτευσης, οι Άγγλοι ξεκίνησαν την κατασκευή, περιοριζόμενοι στις πεδινές περιοχές και δημιουργώντας γραμμή από την Αγία Μαρίνα έως τη Λαμία και το Λειανοκλάδι. Ωστόσο, οι οικονομικές δυσκολίες της Ελλάδας και η αδυναμία εξεύρεσης διεθνών δανείων οδήγησαν την εταιρεία σε αδιέξοδο. Το 1893, η σύμβαση καταγγέλθηκε, και η εγγύηση της εταιρείας καταπέφτει υπέρ του Ελληνικού Δημοσίου. Την ίδια χρονιά, ο Τρικούπης κήρυξε τη χώρα σε πτώχευση, προσπαθώντας να εξαναγκάσει τους πιστωτές σε διακανονισμό του χρέους, αλλά η παραίτησή του το 1895 και οι πολιτικές εξελίξεις ανέκοψαν την πρόοδο.
Σ.Π.Δ.Σ. - Batignolles
Το 1900, επί κυβέρνησης Θεοτόκη, υπογράφηκε νέα σύμβαση με το «Συνδικάτο Κατασκευής Σιδηροδρόμων εν Ανατολή», που περιελάβανε τη γαλλική εταιρεία Batignolles, η εταιρεία που είχε κατασκευάσει τον πασίγνωστο πύργο του Άιφελ στο Παρίσι. Το 1902, η ανάδοχος εταιρεία ίδρυσε την «Εταιρεία των Ελληνικών Σιδηροδρόμων» και ξεκίνησε την κατασκευή της γραμμής, αξιοποιώντας τις υποδομές του προηγούμενου αναδόχου. Η γραμμή ονομάστηκε «Σιδηρόδρομος Πειραιώς-Δεμερλή-Συνόρων» (Σ.Π.Δ.Σ.), με το όνομα Δεμερλή να αναφέρεται στον σημερινό Παλαιοφάρσαλο Η χάραξη προέβλεπε τη διέλευση από τους ορεινούς όγκους της Οίτης και της Όθρυος, καθιστώντας την κατασκευή μια ιδιαίτερη πρόκληση για τους μηχανικούς. Το Σιδηροδρομικό Πέρασμα του Μπράλου εκτείνεται από τους πρόποδες του Παρνασσού μέχρι τις βουνοπλαγιές της Οίτης και τον κάμπο του Σπερχειού. Αυτό το τμήμα αποτέλεσε το δυσκολότερο μέρος της κατασκευής, καθώς απαιτούσε πολυάριθμα και απαιτητικά τεχνικά έργα για τη διέλευση του τραίνου.
Η Αποπεράτωση
Η κατασκευή προχωρούσε σταδιακά με γοργούς ρυθμούς στα πεδινά εδάφη, ενώ στα ορεινά και δυσπρόσιτα τμήματα παρουσιάστηκαν δυσκολίες και προβλήματα. Παρ' όλα αυτά, η τεχνογνωσία και η εμπειρία της εταιρείας Batignolles κατάφεραν να εξασφαλίσουν την ολοκλήρωση του έργου το 1909. Το πρώτο τμήμα, από τον Πειραιά έως τη Χαλκίδα και τη Θήβα, εγκαινιάστηκε το 1904 με μεγάλη τελετή. Το 1905 παραδόθηκε η γραμμή μέχρι τον Μπράλο, ενώ παράλληλα συνδέθηκε η Στυλίδα με την Αγία Μαρίνα, καθιερώνοντας τη Στυλίδα ως λιμάνι της Λαμίας. Το 1908, η γραμμή έφτασε στη Λάρισα, με πανηγυρική άφιξη της πρώτης αμαξοστοιχίας, ενώ το 1909 ολοκληρώθηκε η επέκταση έως το Παπαπούλι, στα τότε ελληνοτουρκικά σύνορα. Λίγα χρόνια αργότερα, το 1916, δημιουργήθηκε η ενωτική γραμμή προς τη Θεσσαλονίκη, μετά την προσάρτηση της Μακεδονίας το 1912 και την ένταξη του εκεί Οθωμανικού σιδηροδρομικού δικτύου προς ελληνικό, ολοκληρώνοντας κατά αυτόν τον τρόπο το αρχικό όραμα για νέες εμπορικές ευκαιρίες.