1953年9月，中央軍委決定組建鐵道兵領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)。9月9日，中央軍委命令：“志愿軍在朝鮮的6個(gè)鐵道工程師，正式劃歸軍委系統(tǒng)，與鐵道兵團(tuán)現(xiàn)有的4個(gè)師、1個(gè)獨(dú)立團(tuán)，統(tǒng)一編為中國(guó)人民解放軍鐵道兵。”從此，鐵道兵正式作為一個(gè)兵種列入中國(guó)人民解放軍的序列中。

1953年12月25日，毛澤東專(zhuān)門(mén)接見(jiàn)了即將出任鐵道兵司令員的王震，并親筆為《鐵道兵》報(bào)題寫(xiě)了“鐵道兵”三個(gè)大字；1954年元旦，朱德也為《鐵道兵》報(bào)題詞：“為建設(shè)正規(guī)化、現(xiàn)代化的鐵道兵而奮斗！”

1954年2月28日，中央軍委主席毛澤東簽發(fā)命令，任命王震為鐵道兵司令員兼政治委員。3月5日，鐵道兵司令部正式在北京成立，機(jī)關(guān)設(shè)司令部、政治部、工程部、后勤部、干部管理部和計(jì)劃處、軍法處、財(cái)務(wù)處。

鐵道兵司令部成立時(shí)，編制10個(gè)師、1個(gè)獨(dú)立團(tuán)、1所學(xué)校、2所文化速成中學(xué)，兵力10萬(wàn)人。鐵道兵后來(lái)發(fā)展到3個(gè)指揮部、15個(gè)師、3個(gè)獨(dú)立團(tuán)、2所院校，總兵力達(dá)到40余萬(wàn)。 　　鐵道兵司令部成立后，根據(jù)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和鐵路修建的任務(wù)，中央軍委又多次對(duì)鐵道兵進(jìn)行了擴(kuò)編和縮編。

1956年1月下旬，鐵道兵司令員王震與鐵道部部長(zhǎng)滕代遠(yuǎn)簽訂了《鐵道兵執(zhí)行國(guó)家15年鐵路建設(shè)遠(yuǎn)景計(jì)劃》協(xié)議書(shū)。按照這個(gè)計(jì)劃，鐵道兵將新建鐵路63條，總長(zhǎng)為23313公里，占全國(guó)新建鐵路的42％；修復(fù)鐵路7條，總長(zhǎng)為965公里。

8月24日，國(guó)防部批復(fù)鐵道兵成立兩個(gè)軍，分別為中國(guó)人民解放軍鐵道兵第一軍、第二軍。據(jù)此，1956年9月1日鐵道兵第一軍正式組建，解放軍鐵道兵從此有了軍的建制。當(dāng)年11月23日，鐵道兵第二軍開(kāi)始組建。在籌建過(guò)程中，1957年4月6日，國(guó)防部又發(fā)布命令撤銷(xiāo)了鐵道兵第二軍的番號(hào)。為此，鐵道兵第二軍停止了組建工作。

1959年初，國(guó)家開(kāi)始縮減基本建設(shè)規(guī)模，許多鐵路建設(shè)工程縮減規(guī)模，有的停建。6月20日，總參謀部批準(zhǔn)鐵道兵進(jìn)行整編，定額為12萬(wàn)人，下轄11個(gè)師、2所學(xué)校。鐵道兵領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)總稱(chēng)“鐵道兵兵部”。

1962年5月，國(guó)家把修建森林鐵路、公路的任務(wù)交給鐵道兵，于是鐵道兵又進(jìn)行了擴(kuò)編。

1962年11月11日，周恩來(lái)在中南海西花廳召開(kāi)會(huì)議，對(duì)鐵道兵的性質(zhì)、編制體制等問(wèn)題做了重要指示。周恩來(lái)說(shuō)，鐵道兵9000人的師，出工不到5000人，每年工作不到200天，這樣怎么行呢？軍隊(duì)搞建設(shè)也要為國(guó)家積累，要從性質(zhì)、編制上徹底加以改革。鐵道兵要按修鐵路的工程部隊(duì)性質(zhì)確定編制、工作制度。

會(huì)上，周恩來(lái)傳達(dá)了毛澤東對(duì)鐵道兵的意見(jiàn)：“鐵道兵是工程部隊(duì)性質(zhì)，無(wú)論平時(shí)、戰(zhàn)時(shí)，都是執(zhí)行工程任務(wù)，是工程部隊(duì)，不是戰(zhàn)斗部隊(duì)?！敝芏鱽?lái)針對(duì)鐵道兵官多兵少、軍事訓(xùn)練和政治教育時(shí)間占用多，施工時(shí)間短等問(wèn)題指出，鐵道兵軍官比例應(yīng)該是10％，新兵訓(xùn)練3個(gè)月，與作戰(zhàn)部隊(duì)?wèi)?yīng)有區(qū)別，每年施工220天，還應(yīng)該再多一些。

12月20日，中央軍委為鐵道兵增補(bǔ)10萬(wàn)新兵。4個(gè)鐵道師各組建一個(gè)線(xiàn)路隧道團(tuán)。鐵道兵參加的林業(yè)工程主要在吉林、黑龍江和內(nèi)蒙古三省區(qū)。此時(shí)，鐵道兵的總兵員達(dá)20．4萬(wàn)人。

1964年5月30日，鐵道兵司令部向周恩來(lái)報(bào)告鐵道兵擴(kuò)編10萬(wàn)人修建林業(yè)鐵路的情況和體會(huì)。報(bào)告說(shuō)，鐵道兵經(jīng)過(guò)精簡(jiǎn)整編，軍官比例由22．1％降到9．95％，生產(chǎn)人員比例由72％上升到81．4％，年施工可達(dá)240天?？戳藞?bào)告，周恩來(lái)非常滿(mǎn)意，并做了如下批示：“修成昆路主席同意。朱委員長(zhǎng)提議使用鐵道兵修?！比齻€(gè)多月后，鐵道兵又迎來(lái)了大擴(kuò)編。

1964年9月18日，為加速?lài)?guó)防工程和西南地區(qū)鐵路建設(shè)，中央軍委批準(zhǔn)鐵道兵擴(kuò)編14．4萬(wàn)人，總兵員達(dá)到37．2萬(wàn)人，共有13個(gè)師、60個(gè)師屬團(tuán)，3個(gè)獨(dú)立團(tuán)。其中5個(gè)師擔(dān)負(fù)成昆鐵路建設(shè)。

后來(lái)，根據(jù)建設(shè)北京地鐵、援越抗美鐵路修建等任務(wù)，又組建了鐵道兵第十四師、第十五師，為出國(guó)的鐵道兵部隊(duì)配備了高炮團(tuán)。到1974年底，鐵道兵共有3個(gè)指揮部、15個(gè)師、3個(gè)獨(dú)立團(tuán)、3所學(xué)校、3所野戰(zhàn)醫(yī)院、1個(gè)科學(xué)技術(shù)研究所等單位，總員額達(dá)到43萬(wàn)人，是鐵道兵歷史上人數(shù)最多的時(shí)期。

1976年1月，擔(dān)負(fù)北京地鐵施工任務(wù)的鐵道兵第十二師、第十五師和倉(cāng)庫(kù)、機(jī)修廠(chǎng)等8個(gè)單位的5．3萬(wàn)人改為基建工程兵，脫離鐵道兵建制。

從1980年開(kāi)始，鐵道兵開(kāi)始縮編。當(dāng)年4月8日，根據(jù)總參謀部的指示，鐵道兵撤銷(xiāo)了9個(gè)團(tuán)。當(dāng)年8月28日，總參謀部通知鐵道兵，根據(jù)中共中央批準(zhǔn)的中央軍委關(guān)于軍隊(duì)精簡(jiǎn)整編的方案，鐵道兵按現(xiàn)行編制37萬(wàn)人縮減去17萬(wàn)人，保留約20萬(wàn)人。

到1981年4月，鐵道兵完成了縮編任務(wù)。13個(gè)鐵道師縮編合并成10個(gè)師，鐵道兵機(jī)關(guān)減少人員30％，3個(gè)獨(dú)立團(tuán)合并成2個(gè)，3所院校保留了2所，保留兵員總數(shù)為20萬(wàn)。

1983年底，鐵道兵集體轉(zhuǎn)業(yè)并入鐵道部。下屬各鐵道師分別轉(zhuǎn)編成鐵道部各工程局，至此鐵道兵完成了歷史使命。