Транссибирская магистраль уже в первый период эксплуатации выявила свое большое значение для развития экономики, способствовала ускорению и росту оборота товаров. Однако пропускная способность дороги оказалась недостаточной. Крайне напряженным стало движение по Сибирской и Забайкальской железным дорогам во время русско-японской войны, когда с запада хлынули войска. Магистраль не справлялась с передвижением войск и с доставкой воинских грузов. Сибирская железная дорога в период войны пропускала только 13 поездов в сутки, поэтому было принято решение о сокращении перевозок гражданских грузов. Кроме того, переброска войск осложнялась тем, что был не достроен участок Кругобайкальской железной дороги и до 1905 г. связь между западным и восточным берегами Байкала осуществлялась с помощью паромной переправы. Паром-ледокол "Байкал" водоизмещением 3470 т перевозил за один рейс 25 груженых вагонов. В зимний период от станции Байкал до Танхоя прокладывали по льду озера рельсовый путь, по которому "перекатывали" паровозы и вагоны. В отдельные дни таким способом переправляли до 220 вагонов.
После окончания русско-японской войны российское правительство приняло ряд мер по увеличению пропускной способности Транссибирской магистрали. Для рассмотрения всего комплекса вопросов, связанных с этой проблемой, была создана специальная комиссия, которая пришла к выводу о необходимости увеличить скорость движения поездов. С этой целью было решено: увеличить количество шпал на 1 км пути и ширину земляного полотна; заменить облегченные рельсы на рельсы более тяжелых типов и укладывать их на металлические подкладки; вместо временных деревянных мостов строить капитальные, а также увеличить количество паровозов и вагонов на линии.
3 июня 1907 г. Совет министров рассмотрел и одобрил предложения Министерства путей сообщения о сооружении второй колеи Сибирской железной дороги и переустройстве горных участков пути. Под руководством А.В. Ливеровского были начаты работы по смягчению уклонов на горных участках от Ачинска до Иркутска и проведению второго пути от Челябинска до Иркутска. В 1909 г. Сибирская магистраль на протяжении 3274 км стала двухпутной. В 1913 г. вторая колея была продолжена вдоль Байкала и за Байкал до станции Карымская. Осуществление важных мероприятий по увеличению пропускной способности Транссибирской магистрали сопровождалось строительством новых ее участков или ответвлений от нее.
Неудачный исход русско-японской войны показал, что дорога, пролегающая по чужой территории, в стратегическом отношении не может обеспечить интересы страны, и вынудил царское правительство создать непрерывный рельсовый путь до Владивостока по территории России. 31 мая 1908 г. Государственный совет принял решение о сооружении Амурской железной дороги. Строительство участка Транссиба от станции Куэнга до Хабаровска протяжением более 2000 км было начато в 1907 году и сдано в эксплуатацию в 1915 году. В этот же период началось строительство и Минусинско-Ачинской железной дороги (до Абакана).