На 7 ноември 1866 г. управителят на Дунавския вилает Мидхад паша пътува с влак от Русе до Варна и обявява линията за открита. Така Русе–Варна става първата железопътна линия в днешните български земи и поставя началото на железопътното дело в България. Трасето е около 223–225 км и свързва Дунав с Черно море, а пътуването отнема около осем часа – значително съкращение за XIX век. Гарите поддържат телеграфна връзка, а движението се контролира чрез съчетание от железопътен и телеграфен транспорт.

Първата копка е направена на 21 май 1864 г. в Русе. Строежът започва едновременно от Русе и Варна, като в него участват над 15 000 българи, много от които работят при тежки условия и под формата на ангария. Османската империя възлага проекта на британската Русе-Варненска железопътна компания, свързвана с Уилям Гладстон и братята Бъркли. Дружеството получава концесия за строеж и експлоатация за 99 години. Първоначално трасето е предвиждано през Шумен, но инженерът Хенри Бъркли го променя в посока Каспичан. Линията е открита след отлагания и при още несъвършена организация на движението; в историческите източници има различия за точната дължина – около 223, 224 или 225 км.

След първите години експлоатация управлението преминава към дружеството на германския индустриалец барон Мориц фон Хирш, свързано с Източните железници. След Освобождението собствеността остава част от международните задължения на Княжество България. Берлинският договор от 1878 г. задава рамката за уреждане на железопътните права и финансовите задължения, а преговорите с британския концесионер продължават години.

На 10 август 1888 г. България придобива линията и започва да я експлоатира като държавна. Сумата се посочва между 50 и 52,8 млн. златни лева, като по-високото число включва и свързани плащания и лихви. Това надхвърля годишния бюджет на княжеството, който по същото време е около 49 млн. златни лева. Сделката е финансирана чрез първия държавен заем от Великобритания. След придобиването на Русе–Варна и на участъка Цариброд–София–Белово през август 1888 г. са учредени Българските държавни железници. Така първият железен път по българските земи се превръща в основа на националната железопътна система.