Die Zersplitterung des Landes in zahlreiche Territorien erschwerte die Planung von Eisenbahnstrecken außerordentlich, obwohl sich die meisten Kleinstaaten um einen Anschluss an das entstehende deutsche Schienennetz bemühten. So kam es, dass um das Jahr 1890 fünfzehn verschiedene Gesellschaften im größten Einzelstaat Thüringens, dem Großherzogtum Sachsen-Weimar-Eisenach, Eisenbahnen betrieben.
Allerdings versuchte das Königreich Preußen, dessen Provinz Sachsen auch Teile Thüringens umfasste, die Entwicklung zu beeinflussen. Sein Ziel war es, möglichst kurze Verbindungen von seinen Stammlanden ins Rheinland und nach Westfalen zu schaffen, nach 1866 auch in die neue Provinz Hessen-Nassau. Preußen beteiligte sich daher im Jahre 1844 neben Sachsen-Weimar-Eisenach und Sachsen-Coburg und Gotha maßgeblich an der Gründung der Thüringischen Eisenbahn-Gesellschaft, die aber mit 75 % des Kapitals von privaten Investoren dominiert wurde.
Ihre erste Bahnlinie erreichte von Halle über Weißenfels am 19. Dezember 1846 die Residenzstadt Weimar und im folgenden Jahr über Erfurt und Gotha schließlich am 24. Juni 1847 Eisenach. Von hier aus schloss man 1849 die Lücke zur hessischen Kurfürst-Friedrich-Wilhelms-Nordbahn in Gerstungen, so dass man einige Jahre später über Kassel auch Frankfurt am Main auf dem Schienenwege erreichen konnte, der 125 Kilometer auf thüringischem Gebiet verlief.
In Eisenach begann die Strecke einer zweiten großen Bahngesellschaft, der Werra-Eisenbahn-Gesellschaft. Das neue Unternehmen, das die Betriebsführung der Thüringischen Eisenbahn-Gesellschaft überließ, erschloss ab 2. November 1858 mit seiner 150 Kilometer langen Linie Eisenach-Meiningen-Hildburghausen-Coburg–Lichtenfels, der Werrabahn sowie deren Zweigstrecke Coburg-Sonneberg die südthüringischen Staaten, die sich maßgeblich an der Finanzierung beteiligt hatten. Die Eröffnung des letzten Teilstückes von Coburg nach Lichtenfels (Oberfranken) an das bayerische Eisenbahnnetz erfolgte 1859 durch die Bayerische Staatsbahn. Im selben Jahr erreichte die Thüringische Eisenbahn-Gesellschaft von Weißenfels über Zeitz die Hauptstadt Gera des Fürstentums Reuß jüngere Linie.
In den sechziger Jahren des 19. Jahrhunderts begann der Bahnbau auch im heutigen Nordthüringen, das damals preußisch war. Die Magdeburg-Leipziger Eisenbahn-Gesellschaft eröffnete am 10. Juli 1866 die Strecke von Halle über Eisleben-Sangerhausen durch die Goldene Aue am Südrand des Harzes entlang bis Nordhausen. Von hier ging es 1867 einerseits über Leinefelde-Heiligenstadt durch das Eichsfeld nach Arenshausen und 1869 andererseits nach Nüxei bei Bad Sachsa. An beiden Endpunkten gab es Anschlüsse an die nun preußisch gewordenen Strecken in Kurhessen und Hannover.
Die schon erwähnte Thüringische Eisenbahn-Gesellschaft eröffnete in jenen Jahren nur 1867 die Strecke von Erfurt nach Arnstadt, das damals zum Fürstentum Schwarzburg–Sondershausen gehörte. Es folgen 1870 die Querverbindung Gotha-Mühlhausen-Leinefelde und 1871 die Strecke von Gera über Triptis nach Saalfeld.
Die Nordhausen-Erfurter Eisenbahn-Gesellschaft (NEEG) nahm 1869 mit ihrer Stammstrecke über Sondershausen-Straußfurt eine weitere Nord-Süd-Verbindung in Betrieb. Sie übernahm auch die Betriebsführung der 1874 eröffneten Strecke Straußfurt-Sömmerda-Großheringen der Saal-Unstrut Eisenbahn-Gesellschaft, die 1882 völlig auf die NEEG überging.
Eine weitere wichtige Ergänzung des Thüringer Eisenbahnnetzes fand 1874 und 1876 statt. 1874 eröffnete die Saal-Eisenbahngesellschaft ihre Strecke von Großheringen nahe Naumburg über Jena nach Saalfeld. Die sogenannte Holzlandbahn wurde 1876 eröffnet und vervollständigte die Bahnanbindung Jenas. Gebaut wurde sie von der Weimar-Geraer Eisenbahn-Gesellschaft zwischen diesen beiden Städten. Somit war die größte Stadt des Landes, Erfurt, mit der zweitgrößten, Gera, verbunden.
Wegen der großen Bedeutung der Bahnstrecken der Thüringischen Eisenbahn-Gesellschaft bemühte sich der Staat Preußen um den vollständigen Erwerb, übernahm die Betriebsführung und Verwaltung zum 1. Januar 1882 und wurde am 1. Juli 1886 Eigentümer.
Unter preußischer Führung erfolgte 1884 die erste Querung des Thüringer Waldes durch eine Eisenbahnlinie. Sie begann in Plaue und führte über Suhl bis zur Werrabahn nach Grimmmenthal nahe Meiningen. Sie beinhaltet mit dem Brandleitetunnel (3039 m lang) den längsten Eisenbahntunnel Thüringens. Die Eröffnung dieser Strecke vervollständigte die Eisenbahnverbindung Berlin-Stuttgart.
Die zweite Querung des Thüringer-Wald-Massivs erfolgte 1885, als die Frankenwaldbahn von Saalfeld über den Rennsteig und Kronach nach Lichtenfels in Bayern eröffnet wurde. Sie stellt seither die wichtigste Verbindung von Berlin nach München dar.
Während das Hauptstreckennetz bis etwa 1885 vollendet war, wurden in Thüringen noch bis zum Beginn des Ersten Weltkrieges viele Nebenstrecken erbaut. Nach 1914 ebbte der Eisenbahnstreckenbau im Land langsam ab.
In der “Gründerzeit“ nach dem Krieg von 1870/71 entstanden durch die französischen Kriegszahlungen in schneller Folge auch in Thüringen weitere Bahnlinien, die allerdings meist nur eine Länge von 10 bis 30 Kilometern aufwiesen. Von größerer Bedeutung sind nur 1874 die Saal-Eisenbahn-Gesellschaft mit der Strecke Großheringen-Jena-Saalfeld und 1876 die Weimar-Geraer Eisenbahn-Gesellschaft, die ebenfalls Jena berührte.
Durch zeitweiligen wirtschaftlichen Misserfolg und unter preußischem Druck verkauften Sachsen-Weimar-Eisenach und Gotha 1881 ihre Anteile an der Thüringischen Eisenbahn an Preußen, welches 1882 die Reichsbahndirektion Erfurt(Königliche Eisenbahndirektion in Erfurt) errichtete. Als schließlich 1895 auch die Werrabahn, die Saal-Eisenbahn und die Weimar-Gera-Bahn an Preußen verkauft wurden, war das thüringische Eisenbahnnetz fast vollkommen an Preußen gekommen, das dadurch seinen Einfluss auf die thüringischen Staaten erheblich verstärken konnte. Im Osten Thüringens kamen einige Teilstrecken von Privatbahnen zur Sächsischen Staatsbahn.
Bis 1867 gehörten die thüringischen Staaten dem Thurn- und Taxisschen Postgebiet an, nur Sachsen-Altenburg war der sächsischen Post angeschlossen. 1867 wurde dann die Postverwaltung vereinheitlicht. Am 1. Januar gingen beide Postgebiete in Preußen und am 1. Juli im Norddeutschen Bund auf und 1871 in die Reichspost über. Zuständig war für die thüringischen Staaten und die preußischen Gebietsteile die 1815 gegründete Oberpostdirektion Erfurt, für Sachsen-Altenburg die Oberpostdirektion Dresden.