В основном отмобилизование было закончено к концу июля 1941 года и в составе железнодорожных войск, подчиненных Центральному управлению ВОСО, находилось: 16 управлений железнодорожных бригад, 42 отдельных восстановительных железнодорожных батальонов, 15 отдельных мостовых железнодорожных батальонов, 16 отдельных батальонов механизации железнодорожных работ, 25 отдельных железнодорожных эксплуатационных рот, 1 отдельный канатно-подвесной батальон, 8 фронтовых железнодорожных парков, 7 запасных железнодорожных полков, 2 центральных железнодорожных парка. Общая численность железнодорожных войск вместе с частями Особого корпуса железнодорожных войск составила 169 967 человек.

Кроме того, до конца 1941 года были дополнительно сформированы одно управление бригады, семь различных батальонов, один учебный полк, одна эксплуатационная рота и один фронтовой парк.

Железнодорожные бригады после развертывания и формирования были направлены на фронты для заграждения и технического прикрытия железных дорог. Четыре бригады были оставлены в тылу и решали задачи технического прикрытия и развития сети железных дорог. Каждый фронт имел 1-2 железнодорожные бригады, которые придавались армии и оперативно подчинялись начальникам военных сообщений армий. Бригады Особого корпуса оказались в двойном подчинении: управлению корпуса и начальникам ВОСО армий, в полосе действий которых они находились.

С первых дней войны железнодорожные войска взаимодействовали со спецформированиями Наркомата путей сообщения. Эти организации были созданы в июне-июле 1941 года в соответствии с мобилизационным планом по линии НКПС. В их состав входили специальные восстановительные и ремонтные формирования: головные ремонтные поезда для восстановления подвижного состава (подремы), поезда для ремонта и восстановления водоснабжения (водремы), поезда для ремонта и восстановления связи (связьремы), головные ремонтно-восстановительные поезда (горемы), мостовые восстановительные поезда (мостопоезда) и мостовые восстановительные отряды (мостоотряды). Для руководства спецформированиями на фронтах были созданы головные восстановительные отряды (ГВОТ)

Контрнаступление наших войск под Москвой, Ростовом и Тихвином выдвинуло перед железнодорожными войсками новую задачу — от заграждения и технического прикрытия стальных магистралей перейти к восстановлению участков железных дорог на территории, освобожденной от противника. Первоначально она решалась неудовлетворительно. Средние темпы восстановления составили 2,5-3,5 км в сутки.

Такие невысокие показатели прежде всего были связаны с большими разрушениями дорог, малочисленностью железнодорожных войск, трудными зимними условиями, отсутствием опыта, недостатком восстановительных материалов и мостовых конструкций, а также несовершенством технического оснащения, организационной структуры и системы управления железнодорожными войсками. Железнодорожные бригады не имели штатных подразделений для разведки железных дорог, поэтому данные о состоянии последних собирались медленно и зачастую оказывались недостоверными.

Кроме того, полосы действий армий не всегда были тесно связаны с железнодорожными направлениями. Вследствие этого неоправданной оказалась подчиненность железнодорожных соединений начальникам ВОСО объединений. Органы военных сообщений также не могли эффективно руководить восстановительными работами, поскольку в их распоряжении не было необходимой материальной базы и технического аппарата. Помимо железнодорожных войск, к восстановлению участков железных дорог на железнодорожных направлениях привлекались специальные восстановительные формирования и ремонтно-строительные организации НКПС. Назревала необходимость ликвидации организационной разобщенности всех этих сил.

Во втором периоде войны улучшилась и организационная структу­ра железнодорожных войск. Так, в 1943 году была создана служба снабжения строительными материалами и техническим имуществом, усилены отделы материально-технического снабжения УВВР. В уп­равлениях бригад появился отдел по материально-техническому снаб­жению. В частях создавались склады стройматериалов и технического имущества. Это укрепило материальную базу восстановительных и за­градительных работ.

В феврале 1943 года ГКО утвердил штаты типовой железнодо­рожной бригады. На них были переведены и все бригады бывшего Особого корпуса железнодорожных войск. В состав такой бригады входили: управление бригады, четыре путевых, один мостовой бата­льоны, один батальон механизации и одна эксплуатационная рота. Во все путевые батальоны были включены команды по разведке со­стояния железных дорог. И тем не менее при ведении работ первой очереди железнодорожные части сталкивались с большими труднос­тями при восстановлении линейной связи, устройств сигнализации, централизации и блокировки, водоснабжения. Восстановление устройств связи и объектов водоснабжения первоначально предполагалось возложить на специальные ремонтные формирования НКПС — связьремы и водремы. Однако они оказались не в состоянии полностью справиться с этими задачами. Поэтому в каждой бригаде в течение года дополнительно формируется сначала рота, затем вместо нее — батальон восстановления связи. В состав каждого батальона механизации вводится рота восстановления водоснабжения и увеличивается количество эксплуатационных рот. Благодаря этим изменениям железнодорожная бригада приобрела способность самостоятельно вести все виды работ на железнодорожном участке и даже на отдельном железнодорожном направлении. С учетом конкретного объема работ и сроков их выполнения бригада в необходимой степени усиливалась специальными формированиями НКПС.

Узким местом оставалось восстановление мостов. Они часто лими­тировали открытие движения по железнодорожному участку. Поэтому для повышения темпов восстановительных работ в организационную структуру производивших их частей были внесены изменения. Они заключались в том, что в штаты восстановительных батальонов, на которые возлагалось восстановление малых мостов и труб, вместо тре­тьей путевой роты была введена мостовая рота.

Опыт показал, что противник разрушает практически все средние и большие мосты. Темпы их восстановления стали во многом зави­сеть от своевременной заготовки необходимых материалов и конст­рукций. Поэтому заготовительные роты мостовых батальонов ввиду возросшего объема и сложности работ не могли справиться в полном объеме с заготовкой мостовых конструкций. Были сформированы от­дельные плотничные батальоны в составе четырех плотничных рот, а для монтажа и установки тяжелых пролетных строений созданы отдельные подъемно-крановые роты, имевшие железнодорожные краны грузоподъемностью 18,5 т и 45 т. Мостовым батальонам, со­стоявшим из трех однотипных мостовых рот, поручалось только вос­становление мостов.

Специализация отдельных видов работ потребовала также созда­ния во фронте отдельной эксплуатационной железнодорожной брига­ды и эксплуатационных узкоколейных железнодорожных полков. Внесли изменения и в организацию рот эксплуатации. В составе же­лезнодорожных войск были сформированы также отдельные строи­тельные железнодорожные батальоны и отдельные автотранспортные батальоны.