По инициативе П.П. Мельникова в 1844 г. Александровский механический завод в Петербурге был передан в ведение ведомства путей сообщения и переоборудован для производства железнодорожного подвижного состава. При заводе создали особый комитет (в него входил и Мельников), который разрабатывал технические условия на проектирование паровозов и вагонов и осуществлял контроль за качеством их изготовления.
На строительстве магистрали Петербург – Москва сформировалась русская школа строителей железных дорог и мостов. Об этом с гордостью писал П.П. Мельников в 1869 г.: “… Работы на Николаевской железной дороге, произведенные весьма добросовестно, образовали всех’ тех практических строителей, коими исполняются теперь с примечательным успехом и без всякой помощи иностранцев все строящиеся железные дороги в России”. На эту сторону деятельности П.П. Мельникова указывали и современники. В 1872 г. в связи с 50-летием его службы на железнодорожном транспорте в поздравительном адресе от Института инженеров путей сообщения отмечалось: “Николаевская железная дорога с ее величественными сооружениями представляет вдвойне замечательный памятник практической деятельности Вашей как самый важный путь сообщения в России и как школа образовавшихся под руководством Вашим строителей. Воздвигнутые ими сооружения, из которых многие известны всему ученому миру, по справедливости увеличивают блеск Ваших собственных деяний”.
Ученик и соратник Мельникова инженер В.А. Панаев так вспоминает об этом: “В то время на Николаевской дороге не было ни одного не только знакомого с постройкой железных дорог, но и видавшего их, кроме игрушки – Царскосельской дороги. А как построена дорога? Известно всему свету. Этот факт доказывает и силу учителя, а равно основательное образование инженеров. Система управления Мельникова отличалась полным отсутствием формализма, бюрократизма и педантизма. Производители работ были абсолютно избавлены от переписки, а потому могли вполне отдаваться своему делу. Мельников всячески поощрял инициативу инженеров-производителей работ и радовался, когда они предлагали что-то новое. Он сознательно готовил людей к самостоятельной деятельности. Посещение им работ было праздником для инженеров. Нетребовательность Мельникова в отношении собственного комфорта была легендарной. Он не имел экипажа и разъезжал по работам на перекладной тележке. Его рассказами во время посещения работ заслушивались. Его принимали за образец, которому всякий хотел подражать”.
Работа Мельникова на постройке магистрали Петербург – Москва была отмечена орденами Станислава и Святой Анны 1-й степени, в 1847 г. ему было присвоено звание генерал-майора.
Еще в 1844 – 1847 гг. Павел Петрович разработал проект развития сети железных дорог в центральных районах страны общей длиной более 3 тыс. км, чтобы связать Черное и Балтийское моря. Однако “… по недостатку тогда доверия- в Главном управлении путей сообщения к железнодорожному делу проекту этому не было дано дальнейшего хода”, – писал позднее П.П. Мельников. Только в 1854 г. правительство спешно создало экспедицию для изыскательских работ по постройке железных дорог по направлениям Москва – Харьков – Феодосия (с веткой на Севастополь и линиями в Донбасс и в Ростов-на-Дону) и Харьков – Одесса.
Начальником экспедиции назначили Мельникова. Она состояла из пяти изыскательских партий. Их возглавили ученики Мельникова – Д. И. Журавский, В. А. Панаев, B.C. Семичев и др. Экспедиция работала более двух лет, протрассировала около 4 тыс. км вариантов трассы и в начале 1857 г. представила технико-экономическое обоснование сооружения железных дорог к югу от Москвы.
В конце 50-х годов начало развиваться строительство железных дорог частными обществами, и для технического контроля за их деятельностью в ведомстве путей сообщения была создана Главная инспекция частных железных дорог. В конце января 1858 г. главным инспектором частных дорог назначили П.П. Мельникова. Главное внимание он обращал на выбор основных параметров и направления проектируемых дорог, пытался установить контроль за качеством изысканий и проектирования новых линий. Однако частные общества противились этому и фактически делали все по-своему. Не желая быть пособником злоупотреблений, П.П. Мельников в конце 1858 г. отказался от должности главного инспектора частных железных дорог. Его преемником стал А.И. Дельвиг.
Научная и инженерная общественность еще в 1857 г. выдвигала П.П. Мельникова в почетные члены Академии наук. Однако это предложение не прошло. Только на следующих выборах – в декабре 1858 г., по настоянию академиков М.В. Остроградского, В.Я. Буняковского и Б.С. Якоби, П.П. Мельников был избран почетным академиком Петербургской Академии наук.
Став министром путей сообщения России, Павел Петрович Мельников провел ряд преобразований в ведомстве: гражданское строительство и губернское дорожное дело были переданы в Министерство внутренних дел. Корпус инженеров путей сообщения был упразднен, воинские звания отменены; при Министерстве путей сообщения создали Ученый комитет. Кроме того, Институт инженеров путей сообщения из закрытого преобразовали в открытое высшее учебное заведение первого разряда с пятилетним сроком обучения.
Еще в 1863 г. Мельников опубликовал проект развития сети железных дорог протяженностью 4812 км. Он писал, что “Россия не должна останавливаться перед необходимостью некоторых пожертвований для того, чтобы исполнить сеть главных линий железных дорог в самое короткое время”. Этот проект обсуждался в печати, был исправлен, дополнен ив 1866 г. утвержден Александром II. По этому проекту, реализованному позже, была создана основа железнодорожной сети европейской части страны.
П.П. Мельников был сторонником строительства железных дорог государством, выступал за развитие отечественной металлургической и каменноугольной промышленности. Он предлагал “водворить в России также заводы, которые могли бы из русских металлов и русскими же рабочими специально заниматься приготовлением паровозов, тендеров, вагонов и других механических принадлежностей”.
Противоположную позицию занимал министр финансов М.Х. Рейтерн, всемерно поощрявший частное железнодорожное строительство. В своих докладах Александру II Рейтерн говорил о недостаточности средств в казне и о необходимости передачи строительства железных дорог частным обществам. В 1863 г. строительство ведущей линии сети железных дорог – Московско-Севастопольской – на льготных условиях было передано частному обществу, куда входили английские банкиры и богатая петербургская знать. Однако концессионеры не сумели собрать необходимый капитал и к постройке дороги не’ приступили. Мельников добивается разрешения на строительство Южной железной дороги за счет казны. В мае 1864 г. было принято решение о начале сооружения головного участка от Москвы до Орла, затем строительство было продолжено до Курска. Дорога длиной 512 верст была открыта для эксплуатации в сентябре 1868 г. Возглавлял строительство Московско-Курской дороги участник строительства магистрали Петербург – Москва B.C. Семичев. По оценке П.П. Мельникова, “Московско-Курская железная дорога, построенная весьма капитально, при значительных станционных зданиях и большом мост через Оку, обошлась в 62 тыс. руб. за версту… Между тем как Главное общество требовало 90 тыс. руб. за версту, а несостоявшаяся английская компания получила по концессии гарантию в 97 тыс. руб. серебром с версты”. Мельников считал, что “дешевое исполнение работ средствами казны поколеблет существующее в публике предубеждение относительно дороговизны постройки железных дорог в России”.
Противоположную оценку этой дороги давал А. И. Дельвиг: “Московско-Курская дорога строилась долее и хуже дорог, построенных частными обществами и стоила гораздо дороже. Мельникову и Семичеву можно было поставить в заслугу то, что они ее постройкою ясно доказали невыгодность казенной постройки железных дорог”. Одну из главных причин этого Дельвиг видел в том, что при постройке Московско-Курской дороги не было действительного хозяина и все вопросы решались в министерстве, в Петербурге.
Во второй половине 60-х годов XIX в. Россия значительно отставала в развитии железных дорог. В 1865 г. в США было 56,5 тыс. км железных дорог, в Англии – 21,4 тыс. км, во Франции и Германии – по 14 тыс. км, а в России – только 3,8 тыс. км. Весной 1865 г. была образована Особая комиссия по выработке принципов дальнейшей железнодорожной политики русского правительства. Ее возглавил председатель Департамента государственной экономии Государственного совета, бывший глава ведомства путей сообщения генерал-адъютант К.В. Чевкин. К работе комиссии привлекался и П.П. Мельников. Правительственную точку зрения сформулировал в одном из своих выступлений на заседании комиссии управляющий Государственным банком Ламанский: “… Частная деятельность, привлечение иностранных капиталов и пособие от правительства – единственно возможное решение задачи устройства у нас железных дорог”.
Заключения комиссии К.В. Чевкин представил Александру II. Комиссия считала, что замедление железнодорожного строительства в России составляет политическую опасность для страны, что постройка железных дорог – насущная потребность России, которая не терпит никаких отлагательств.
Комиссия обосновала создание развернутой сети железных дорог, которая соединила бы Центральную Россию с южными, западными и приволжскими губерниями в ближайшие шесть лет, а для этого считала необходимым привлечение иностранных частных капиталов, так как сооружение казенных железных дорог потребовало бы заключения обременительных для бюджета многомиллионных государственных займов, которые в условиях тяжелого финансового положения России были абсолютно невозможны (через 130 лет ситуация повторяется?).