[[Файл:Мстинский мост 0214.jpg|thumb|300px|Новый Мстинский мост. Построен невдалеке от старого]]
{{СС|20|сентября|1855|8}} года, после смерти Николая I, Петербург-Московская железная дорога стала называться Николаевской. {{СС|13|сентября|1868|1}} года Николаевская железная дорога была передана [[Главное общество российских железных дорог|Главному обществу российскомуроссийских железных дорог]] в частную собственность. По условиям договора общество было обязано ежегодно в течение 84 лет выплачивать по 7,2 млн рублей в государственную казну. От государства общество получало в течение 2 лет безвозвратную ссуду в размере 13 млн рублей на ремонт дороги. По истечении 20 лет железная дорога могла быть обратно выкуплена государством. Обратно в казну магистраль выкупили в 1894 году<ref name="Брокгауз"/>{{sfn|Сборник сведений. 69|1872|с=367, 368}} В том же 1894 году к Николаевской железной дороге были присоединены [[Путиловская ветвь|Портовая]], [[Железнодорожная линия Лихославль — Вязьма|Новоторжская]] и Ржевско-Вяземская линии, в 1895 году — [[Железнодорожная линия Угловка — Боровичи|Боровичская линия]], в 1907 году — [[Бологовско-Седлецкая железная дорога|Бологовско-Седлецкая линия]] и в 1908 году — [[Малое кольцо Московской железной дороги|Московская окружная линия]]<ref name="Брокгауз"/>{{sfn|Мокршицкий Е. И.|1941|с=238}}. В 1906 году в состав магистрали вошла железная дорога Санкт-Петербург — [[Вятка]], но уже в следующем году это решение было отменено{{sfn|Первая магистраль|1951|с=97}}. В 1910 году из состава железной дороги был выведен участок от [[Полоцк]]а до [[Гродно]]{{sfn|Первая магистраль|1951|с=98}}. Ещё раньше были сооружены небольшие участки пути: в 1853 году была построена пятикилометровая соединительная ветвь с Санкт-Петербурго-Варшавской железной дорогой; в 1861 году открыт участок пути длиной 6 км, соединяющий московскую станцию с [[Московско-Курская железная дорога|Московско-Курской]] и [[Московско-Нижегородская железная дорога|Московско-Нижегородской]] железными дорогами. В 1864 году построена железнодорожная ветка длиной 5 км, соединяющая станцию Тверь с пристанью на Волге{{sfn|Сборник сведений. 67|1867|с=74}}. С 1868 по 1892 годы были сооружены соединительные ветки с [[Балтийская железная дорога|Балтийской железной дорогой]] возле [[Тосно (станция)|Тосно]], с [[Новгородская железная дорога|Новгородской]] — возле [[Чудово-Московское|Чудово]] и [[Лихославль (станция)|Лихославля]], с Боровичской — около [[Угловка (станция)|Угловки]], с [[Рыбинско-Бологовская железная дорога|Рыбинско-Бологовской железной дорогой]] рядом с Бологое{{sfn|Первая магистраль|1951|с=92}}. В 1913 году в Санкт-Петербурге была построена соединительная ветвь с финляндской железнодорожной сетью{{sfn|Первая магистраль|1951|с=98}}.
На железной дороге производились работы по её реконструкции. Так, с 1857 года из верхнего строения пути вынимались продольные лежни с одновременным увеличением [[Эпюра шпал|эпюры]] (частоты) укладки шпал — с 1166 до 1480 штук на километр пути<ref name="autogenerated3" />. С 1886 года стали использоваться шпалы пропитанные [[Хлорид цинка|хлористым цинком]], что увеличило срок их эксплуатации с 4 до 8 лет. С 1858 года рельсы стали скреплять между собой, вместо уложенной на шпале чугунной подушке, металлическими накладками крепившимися к рельсом сбоку. Стыки рельсов с конца 1860-х годов стали делать не на шпале а между ними. С 1873 по 1882 годы, постепенно, железные рельсы на магистрали были заменены стальными длиной 8,5 м массой 33 кг/м. С 1910 года стали укладываться рельсы длиной 10,7 м и массой 43,5 кг/м. В 1870-е годы старые стрелки были заменены новыми — двухостряковыми. Крупные работы по увеличению [[Междупутье|междупутья]] на 30,5 см — с 3,36 м до 3,66 м (с 11 до 12 футов) — были произведены в 1890-е годы<ref name="autogenerated3" />{{sfn|Постройка и эксплуатация…|1901|с=45—47}}{{sfn|Первая магистраль|1951|с=114-117}}. В 1860-м году, на основе опыта эксплуатации магистрали, были приняты общероссийские габариты подвижного состава и приближения строений{{sfn|История ЖД транспорта России|1994|с=66}}.
