Двадесет и две години по-късно България я откупува от чуждестранния концесионер На 7 ноември 1866 г. управителят на Дунавския вилает Мидхад паша преминава с влак от Русе до Варна и обявява линията за открита. Датата е по нов стил, а в стар стил събитието е отбелязвано на 26 октомври. Така Русе–Варна се превръща в първата железопътна линия в днешните български земи и поставя началото на железопътното дело в България.

Трасето е дълго около 223–225 километра и свързва Дунав с Черно море. Пътуването между двата града продължава приблизително осем часа – време, което за XIX век означава рязко съкращаване на сухопътния път. Гарите по линията поддържат връзка с телеграфни апарати, а движението се контролира от система, съчетаваща железопътен и телеграфен транспорт.

Строежът започва две години по-рано Първата копка е направена на 21 май 1864 г. в Русе. Строителството започва едновременно от Русе и Варна, а в него участват над 15 000 българи. За много от тях трудът е ангария – задължителен и безплатен физически труд при тежки условия.

Османската империя възлага изграждането на британската Русе-Варненска железопътна компания, свързвана с Уилям Гладстон и братята Бъркли. Дружеството получава концесия за строеж и експлоатация за срок от 99 години. Проектът първоначално предвижда трасето да преминава през Шумен, но инженерът Хенри Бъркли го променя в посока Каспичан.