1964年5月15日到6月17日，中共中央在北京召开中央工作会议，会议就进行大三线建设作出了决定。
周恩来接着召开国务院会议，具体研究了大三线建设的组织实施问题。
根据中共中央的决策，所作的总体部署之一是：
决定调集铁道兵、铁路职工和民工30余万人，展开西南3条铁路建设大会战。
1964年5月30日，周恩来在总参谋长罗瑞卿关于铁道兵工作的一份报告上批示：
修成昆路，朱委员长提议，主席同意，使用铁道兵修。
于是，中央军委决定调遣铁道兵5个师，扩编到18万人，参加成昆铁路大会战。
1964年7月27日，一个关于成昆线命运的会议在西昌召开。
铁道部部长吕正操专程从北京赶来参加，由于设计和施工单位经历了1959年的“高指标”和随后“大下马”的阵痛，对成昆线的上马感到疑惑。
吕正操当即表示，必须大干快上，并电令北京铁道兵副司令员郭维城将军，铁道部副部长刘建章急赴西昌。
当时，郭维城正在山东省泰安市参加铁道兵比武大会。
一天，郭维城突然接到国务院总理办公室打来电话，通知他立即回北京开会讨论领受修建西南铁路的任务。
郭维城赶到北京后，按时到中南海参加了会议。
8月6日会议结束后，国家计委主任程子华带有关人员乘飞机到贵阳，他把情况向正在那里视察工作的邓小平作了汇报。
中共中央和国务院从当时的国际环境考虑，作出了将一部分与对国家经济及国防建设有重大影响的电子、能源、航空、兵器等相关工业相继内迁西南、西北等战略纵深地区的决定，以保存自己的力量。
这场工业“大搬家”，定名为“大三线建设”。
中南海会议后，大三线建设拉开了帷幕，以四川为中心，众多与国防相关的工程纷纷启动。
在实际实施上，就是在四川和西南，部署全套独立完整、门类齐全、互相协调、实用实战的交通能源、基础工业及国防工业体系，中央的用心实在良苦。
中央从最极端的情况考虑，如果再次发生像抗日战争那样的恶劣局面，即使大片国土沦陷，中央退守到西南一隅，成为一个“缩微中国”，也依然要具备自给自足、坚守防御、等候反攻的能力。
中央从国家安全的战略考虑，必须考虑到最困难最为不利的极端情况。
中央决策，四川大三线建设头3年的最重要项目是“两基一线”。“两基”就是以重庆为中心的常规兵器工业基地和以攀枝花为中心的钢铁工业基地，以作为战时军工生产的核心。“一线”就是修建成昆铁路干线，解决西南地区交通问题，满足工业的能源、原材料、零部件以及产成品运输。
早在1958年7月大炼钢铁时，成昆铁路成都至峨嵋段就已经开工，钢铁基地上马。
自从1954年6月，南京大学地质系师生在川滇交界的暑期找矿实习，偶然开启了一个非常具有综合利用价值的巨型宝藏：7亿吨铁矿石储量、3亿吨煤炭储量、800万吨二氧化钛储量、200万吨五氧化二钒储量，以及钼、镍金、铂族、稀有金属和非金属矿等50余种。
同时，他们进一步勘测预知，周边地区还有几十亿吨的远景储量。
在铁矿资源较少、品位普遍低下的中国，这一发现震动了中国的决策者们。
中央一致认为，在此建设西部地区最大的钢铁基地，以及铺设相配套的成昆铁路，必将成为那个“抓钢治国”时代的美好憧憬。
这更加坚定了中央修建成昆铁路的决心。
1958年7月，成昆铁路北段就已经开工了。1959年4月，除少数地段还维持施工以外，其余都已经下马停工。1960年再度上马，计划1961年底通车到西昌，不久却又再度下马。1961年5月，成昆铁路第三次开工，预期1963年把铁轨铺到西昌。但到了1962年，计划却又一次被搁至了。
而南段除碧鸡关隧道曾于1960年2月开工不久就停工外，其余地段均未施工。
5年之中，成昆铁路几上几下，仅仅铺轨成都至青龙场61.5公里。
由于国家实行调整压缩方针，5年间两项工程均时断时续，不过成昆铁路的补充勘测及优化设计工作仍一直在进行。
根据毛泽东“成昆铁路要快修”的指示，国务院、中央军委采取了一系列加快成昆铁路建设的重大措施。
中央决定，由中共中央西南局主持，组成有铁道部、铁道兵主要领导参加的西南铁路建设总指挥部，李井泉任总指挥。
总指挥部下设工地指挥部、技术委员会和支援铁路建设委员会。任命吕正操为工地指挥部司令员兼政治委员，郭维城为副司令员，刘建章为副政治委员，彭敏任总工程师。统一领导和指挥以铁道兵第一、五、七、八、十师和铁道部第二工程局为主力，并有铁道部第四工程局三处、大桥工程局、电务总队、机械团及成都、昆明铁路局和沿线地方民工参加组成的共30万人的筑路队伍，迅速在北段成都至西昌、南段西昌至昆明全面展开施工。
中央对建设成昆铁路的具体要求是三高一低：高速度、高质量、高标准、低造价。
中央还提出八字方针：从难、从严、落实、过硬。
中央并提出，成昆铁路定于1968年7月1日全线接轨通车。
1964年11月，邓小平率领李富春、薄一波等亲自赴两点一线考察。他们亲临工地视察，并提出加快铁路建设的具体的指导性意见。
西南铁路工地指挥部党委经研究后，发布命令：
川黔、贵昆、成昆三线同时开工，加快进度。首先抢通川黔线，要求于1965年“八一”接轨，“十一”通车。其次完成贵昆线，要求于1966年“五一”接轨，“十一”通车。最后集中兵力，抢建成昆线，采取南北并进，西昌会师的方案，争取于1968年7月1日建成通车。
