در سال 1316 هجری شمسی، عملیات اجرایی خط راه آهن تهران _ مشهد به طول 926 کیلومتر، آغاز گردید و در سال 1335 اولین قطار باری در این محور راه اندازی شد. در سال 1336 محور تهران _مشهد به طور رسمی افتتاح شد و در دوازدهم اردیبهشت ماه سال 1345 هجری شمسی ساختمان اصلی ایستگاه مشهد افتتاح گردید. در اوایل دهه 90 میلادی با توجه به تحولات بنیادین و باز شدن مرزهای کشورهای آسیای میانه کلنگ احداث راه آهن مشهد _سرخس به طول 159 کیلومتر از سوی ایران و نیز محور سرخس _تجن از سوی کشور ترکمنستان زده شد و در تاریخ 24 اردیبهشت ماه 1375 با حضور روسای جمهور کشورهای عضو اکو و همچنین مسئولین ارشد کشورهای منطقه افتتاح گردید، ضمن اینکه این اداره کل از طریق ایستگاه لطف آباد (مجاورت شهرستان درگز) نیز با راه آهن ترکمنستان ارتباط ریلی دارد.

همچنین در سال 1373 عملیات زیرسازی خط دوم (زوج) محورتهران _مشهد آغاز و در سال 1381 به بهره برداری رسید که 272 کیلومتر از این مسیر در ناحیه خراسان واقع شده است.

برقراری ارتباط نزدیک تر بین کشورهای آسیای میانه و خلیج فارس از مسیر سرخس – مشهد و بافق – بندرعباس با کاهش 800 کیلومتر طول مسیر و تقلیل زمان سیر قطارها و هزینه حمل و نقل کالاهای ترانزیت و جذب هر چه بیشتر بارهای بین المللی به سمت این محور و افزایش سهم ترانزیت و درآمد ارزی کشور از حمل و نقل بین المللی کالا که عملیات اجرایی مسیر اصلی این طرح عظیم عملاً به صورت موثر از سال 1380 آغاز و در پایان سال 1383 (طی کمتر از چهار سال) آماده بهره برداری شده است.

 

در سال1389 با بهبود اطراف سایت موجود تعویض بوژی و احداث سایت دوم تعویض بوژی و احداث 75 کیلومترخطوط ریلی در ایستگاه سرخس، ظرفیت مبادله واگن با راه آهن ترکمنستان از 200 واگن به 600 واگن افزایش و ظرفیت حمل و نقل بین المللی محور سرخس در مجموع از 5/3 میلیون تن به 7 میلیون تن افزایش یافته است.

سیستم سیگنالینگ محور مشهد- تهران در سال 1385 و محور سرخس نیز در سال 1392 تکمیل شده اند .

در سال 1381 عملیات احداث ایستگاه باری مشهد و تفکیک ترافیک و استقرار قطارهای مسافری از باری انجام گردید.

در طول سالهای 77 تا 81 عملیات افزایش سکوها و خطوط قبول و اعزام قطارهای مسافری ایستگاه راه آهن مشهد با احداث 2 سکوی مسافری، تعداد سکوهای مسافری از 2 به 4 سکو و تعداد خطوط قبول و اعزام قطارهای مسافری از 3 خط به 7 خط افزایش پیدا کرد.

در سال 1394 عملیات افزایش سکوها و خطوط قبول و اعزام قطارهای مسافری ایستگاه راه آهن مشهد با احداث 3 سکوی مسافری تعداد سکوها از 4 به 7 سکو و تعداد خطوط قبول و اعزام قطارهای مسافری از 7 به 13 خط افزایش پیدا کرد.

در طول سالهای1384 تا 1394 با ظرفیت سازی سایتهای تخلیه و بارگیری در اطراف ایستگاههای شهید مطهری- فریمان – تربت توسط بخش خصوصی با سرمایه گذاری 200 میلیارد تومانی ظرفیت تخلیه و بارگیری از 40 واگن در شبانه روز به 200 واگن در شبانه روز رسیده است.

در حال حاضر اداره کل راه‌آهن خراسان یکی از نواحی 22 ‌گانه راه‌آهن جمهوری اسلامی ایران می‌باشد که حوزه استحفاظی آن از ایستگاه مشهد تا ایستگاه نقاب بطول 272 کیلومتر( دو خطه رفت و برگشت 544 کیلومتر) و از ایستگاه فریمان تا ایستگاه سرخس بطول 159 کیلومتر و تا مرز 165 کیلومتر می‌باشد که جمع خطوط در حدود 1022 کیلومتر با احتساب خطوط فرعی ، صنعتی می باشدکه تا پایان سال 1400 با تعداد 719 نفر پرسنل وهمچنین بخش خصوصی( اعم از شرکتهای مالک واگن مسافری وباری وشرکتهای پیمانکاری طرف قرارداد با این اداره کل تعداد1807نفر ) وظیفه ارائه خدمات ریلی به هموطنان را برعهده دارد.

طول خطوط اصلی اداره کل راه آهن خراسان 733 کیلومتر و طول خطوط فرعی و صنعتی این اداره کل 295 کیلومتر و خطوط مانوری 217 کیلومتر  می باشد که در مجموع کل خطوط ریلی حوزه استحفاظی راه آهن خراسان 1245کیلومتر می باشد.

ایستگاه‌های تشکیلاتی و مهم راه‌آهن خراسان

ایستگاه مشهد، ایستگاه نیشابور، ایستگاه نقاب، ایستگاه شهید مطهری، ایستگاه سرخس

همچنین ایستگاه‌هایی که دارای خطوط تخلیه و بارگیری بار می‌باشند عبارت اند از:

مشهد، سرخس، گنبدلی، شهید مطهری، سلام، فریمان، تربت، ابومسلم، عطار، نقاب، فولاد، نیشابور، سبزوار، لطف‌آباد