在美國，出洋預習班的同學們，目睹北美西歐科學 技術的巨大成就，對機器、火車、輪船及電訊制造業的迅速發展贊嘆不已。有的同學由此對中國的前途產生悲觀情緒，詹天佑卻懷著堅定的信念說：“今後，中國也要有火車、輪船。”詹天佑懷著為祖國富強而發奮學習的信念，刻苦學習，於1867年以優異的成績畢業於紐海文中學業。同年五月考入耶魯大學土木工程系，專攻鐵路工程。在大學的四年中，詹天佑刻苦學習，以突出成績在畢業考試中名列第壹。1881年，在壹百二十名回國的中國留學生中，獲得學位的只有兩人，詹天佑就是其中的壹個。
回國後，詹天佑滿腔熱忱地準備把所學本領貢獻給祖國的鐵路事業。但是，清政府洋務派官員迷信外國，在修築鐵路時壹味依靠洋人，竟不顧詹天佑的專業特長，把他差遣到福建水師學堂學駕駛海船。1882年11月又被派往旗艦“揚武”號擔任駕駛官，指揮操練。1883年，中法戰爭爆發，第二年，蓄謀已久的法國艦隊陸續進入閩江，蠢蠢欲動。可是主管福建水師的投降派船政大臣何如璋卻不聞不問，甚至下令：“不準先行開炮，違者雖勝亦斬！”這時，詹天佑便私下對“揚武”號管帶（艦長）張成說：“法國兵船來了很多，居心叵測。雖然我們接到命令，不準先行開炮，但我們決不能不預先防備。”由於詹天佑的告誡，“揚武”號十分警惕，作好了戰鬥準備。當法國艦隊發起突然襲擊時，詹天佑冒著猛烈的炮火，沈著機智地指揮“揚武”號左來右往；避開敵方炮火，抓住戰機用尾炮擊中法國指揮艦“伏爾他”號，使法國海軍遠征司令孤拔險些喪命。對這場海戰，上海英商創辦的《字林西報》在報道中也不得不驚異地贊嘆：“西方人士料不到中國人會這樣勇敢力戰。‘揚武’號兵艦上的五個學生，以詹天佑的表現最為勇敢。他臨大敵而毫無懼色，並且在生死存亡的緊要關頭還能鎮定如常，鼓足勇氣，在水中救起多人……”
從戰後到1888年，詹天佑兒經周折，轉入中國鐵路公司，擔任工程師，這是他獻身中國鐵路事業的開始。
剛上任不久，詹天佑就遇到了壹次考驗。當時從天津到山海關的津榆鐵路修到灤河，要造壹座橫跨灤河的鐵路橋。灤河河床泥沙很深，又遇到水漲急流。鐵橋開始由號稱世界第壹流的英國工程師擔任設計，但失敗了；後來請日本工程師衽實行包工，也不頂用，最後讓德國工程師出馬，不久也敗下陣來。詹天佑要求由中國人自己來搞，負責工程的英國人在走投無路的情況下，只得同意詹天佑來試試。 詹天佑生平簡介,詹天佑與京張鐵路
詹天佑是壹個認真踏實的人，他分析總結了三個外國工程師失敗的原因後，身著工作衣與工人壹起實地調查，（P116）密測量。夜晚，借著幽暗的油燈，又仔細研究灤河河床的地質構造，反復分析比較，最後才確定橋墩的位置，詹天佑大膽決定采用新方法——“壓氣沈箱法”來進行橋墩的施工。詹天佑果然成功了灤河大橋建成了。這件事震驚了世界：壹個中國工程師居然解決了三個外國工程師無法完成的大難題。
詹天佑初戰告捷後，立刻遇到了更為嚴峻的考驗。1905年，清政府決定興建我國第壹條鐵路京張鐵路（北京至張家口）。英俄都想插手，由於中國人民的強烈反對，他們的企圖沒能得逞。英俄使臣以威脅的口吻說：“如果京張鐵路由中國工程師自己建造，那麽與英俄兩國無關。”他們原以為這麽壹來，中國就無法建造這條鐵路了。在這關鍵時刻，詹天佑毫不猶豫地接下了這個艱巨的任務，全權負責京張鐵路的修築。消息傳來，壹些帝國主義分子及英國報刊挖苦說：“中國能夠修築這條鐵路的工程師還在娘胎裏沒出世呢！中國人想不靠外國人自己修鐵路，就算不是夢想，至少也得五十年。”他們甚至攻擊詹天佑擔任總辦兼總工程師是“狂妄自大”、“不自量力”。詹天佑頂著壓力，堅持不任用壹個外國工程師，並表示：“中國地大物博，而於壹路之工必須借重外人，我以為恥！”“中國已經醒過來了，中國人要用自己的工程師和自己的錢來建築鐵路。”