甲午战争以清政府的惨败而告终。战后，詹天佑又被调到关外修筑锦州铁路，担任驻段工程司，并将眷属迁至锦州安家。从l898年至l901年的三年间，为修筑关外铁路，詹天佑风餐露宿，奔波劳碌，面对山多河多，地形复杂的种种困难指挥筑路，不仅战胜了重重困难，也为他后来指挥修筑更加艰巨的铁路干线积累了丰富的经验。一位名叫邱鼎汾的老人，曾在筑路工地受到过詹天佑的接见，多年后他回忆说——

　　    我是l899年山海关铁路学堂的学生。l900年夏，由总教授英人顾礼斐士带领1898和1899年两班学生，由山海关乘车出发，参观山海关外新筑路线大小凌河工程，当时，詹公任锦州附近小凌河主任工程师，他在工地接见我们，并指讲东岸桥台拦水坝工程，是用以防洪水直接，中击桥台。我辈青年学子很侥幸地一睹詹公风采，没有一点洋化习气。l900年以前，詹公是山海关内外铁路局一位副级普通工程师，还受西籍二级工程师节制，所受待遇不相同。虽是同级工程师，西人薪级倍之。且詹公子女多，总感不敷，穷字印象很深，最感薪级待遇中外之不平等。

　　    詹公做事不怕劳苦，为人谦和简朴，没有官僚习气，一望而知诚实厚道，十足广式派老先生，对外不爱发言，也无应酬门面语言……

　　    ——转引自《詹天佑生平志》第48页

　　    这位邱鼎汾老先生后来曾跟随詹天佑工作，他的回忆真实可信。上述文字，记录了詹天佑40岁左右的工作、生活与形象——清贫、实干、谦和、朴素。

　　    1900年八国联军侵略中国，关外铁路修至营口停工，詹天佑又被调任。l901年他将眷属送回广州，只身来到江西的萍醴铁路工地。此路从江西萍乡到湖南醴陵，全长只有38公里，主要任务是将萍乡安源煤矿的煤运出，再经水路运往汉阳铁厂，作为冶炼的燃料。大工业，必须实行标准化。詹天佑否定了修窄轨铁路的打算，坚持按国际标准轨距施工(标准轨距为4英尺8寸半，相等于1．435米)，以保证全国实行统一轨距，畅通无碍。

　　    由于列强的侵略，引起义和团的反抗。为镇压这一反抗，俄、英、美、日、德、法、意、奥于l900年6月组成八国联军，由天津进犯北京，8月14日占领北京城，特许官兵抢劫三天，慈禧太后逃往西安。沙俄趁机侵略东北，先后占领吉林、奉天、锦州，烧杀掳夺，破坏铁路。八国联军侵略的结果是签订丧权辱国的《辛丑条约》，使满清政府得以苟延残喘。

　　    1902年詹天佑再次被调到东北，修复被沙俄破坏的关外铁路，亡8色地完成了任务。此后，詹天佑升任新易铁路总工程司。新易铁路又称西陵铁路，从新城县高碑店至易县梁备庄，全长43公里。在当时施工手段非常落后的条件下，詹天佑以平均4天修筑1公里的速度，仅用了4个月就修竣了这条铁路。慈禧太后乘火车到西陵谒祭，十分满意，因此，将其所乘车厢的全部陈设品奖给詹天佑和火车司机张美，这在封建社会真是“皇恩浩荡”。慈禧以奢侈著称，她车厢中的陈设品之丰富和贵重可想而知，但詹天佑只取了一个小座钟作为筑路的纪念，其余的东西都分给了筑路人员。这不仅反映了詹天佑耿介清高、屈己待人，也是对当时中国最高权贵的一种淡漠和藐视。

　　    1903年9月，詹天佑的父亲病逝，他奔回家乡治丧。此间曾应邀勘测从潮州至汕头的路线，因发现日本人染指其间，并操纵中国商绅，詹天佑断然拒请，拂袖而去。詹天佑从1888年离广州到天津献身铁路建设事业，至1903年奔丧返回广州，其间l6年，从直隶(河北)到关外，又回直隶，再到关外，赴江西后第三次赴关外，复回直隶。先后筑津塘路、关内路、关外路、津芦路、萍醴路、修复关外路，又建新易路等，詹天佑所到之处必建功勋。中国铁路建设的初始阶段，是随着詹天佑的足迹延伸的；詹天佑的足迹是伴着中国铁路的发展迈进的，他做出了别人无可比肩的贡献，也奠定了他在中国铁路建设事业中的权威地位。