毛泽东与湖南铁路的不解之缘源远流长。在争取民族解放的早期，他深入长沙、岳州（今岳阳）、株萍等地的铁路工人中调查工人疾苦，宣传马克思主义，组织铁路工人开展斗争，书写了铁路工人运动的历史篇章。新中国成立后，他非常重视湖南的铁路建设发展。从1954年11月至1974年10月，毛泽东曾50次回湖南，多数乘坐铁路专列到长沙，在列车上办公读书、批阅文件、召开会议，接见各级领导，三湘铁路线上，留下了他的足迹。
党的创立时期组织领导湖南铁路工人运动
1919年五四运动后，革命形势的发展，使共产主义知识分子认识到，解决中国的问题非依靠工人阶级走社会主义道路不可，这就必须建立无产阶级的革命政党。于是，武汉、长沙、广州等各地的共产党早期组织纷纷成立。长沙共产党早期组织成立后，毛泽东等到长沙新河火车站和附近铁路车机修理厂，在铁路工人中搞调查、交朋友，传播马克思主义。
1921年秋天，毛泽东在新河火车站和铁路机车修理厂，创办了铁路工人夜校，启发铁路工人认识自己的阶级地位，号召他们联合起来，反对帝国主义、官僚和军阀的压迫和剥削。他还到岳州火车站，通过工人陆汉湖，在铁路工人中宣传、组织群众，积极筹备铁路工人俱乐部。1921年10月，粤汉铁路长（沙）武（昌）段铁路工人举行了大罢工。
1922年5月1日，在毛泽东主持下，新河火车站成立了铁路工人俱乐部。铁路机车修理厂修理工程地广，技术熟练，在工人中有威信和影响，是毛泽东深交的第一位铁路工人朋友。他带头响应毛泽东的政治主张，成为工人运动的骨干。他和工人卢士英等最先在新河火车站加入中共党组织。新河火车站发展党员，建立党组织的成功经验，推动了粤汉铁路沿线党组织的发展，岳阳、徐家棚、株洲等铁路站区在工人中发展党员的工作进展迅速，为铁路工人运动做好了组织和干部准备。
8月，毛泽东派郭亮到岳州，办起了铁路工人夜校，吸收先进分子入党，组织发动了9月9日的长（沙）武（昌）段铁路工人第二次大罢工。著名的岳州铁路工人卧轨斗争虽中途受到挫折，但这一斗争最终在毛泽东发动各地铁路工人支援和坚持下，迫使军阀吴佩孚、肖耀南答应罢工所提各条，从而得到了胜利。
11月1日，徐家棚、岳州、新河、株萍铁路工人俱乐部派出代表，由毛泽东主持，在长沙新河站正式成立了粤汉铁路总工会。这是全国铁路最早的工会组织。同一天，以铁路工人代表为主，在长沙组成了湖南全省工团联合会。这两个组织的成立，标志着粤汉铁路罢工的胜利，进一步推动了全路和全国工人运动的深入发展。
1923年2月，党领导京汉铁路工人举行总罢工，反动军阀吴佩孚武力镇压，制造震惊中外的二七惨案。消息传出，毛泽东在长沙举行隆重的追悼大会，声援京汉铁路工人的斗争。2月8日，毛泽东领导发动了粤汉铁路全线工人同情性罢工。这些罢工都是在党的领导组织下开展的，对当时全国工人运动影响很大。
历史表明，毛泽东是早期中国铁路工人运动的卓越组织者和领导者。
新中国成立后重视关心三湘铁路建设
1949年7月9日，全国铁路机务会议和全国铁路职工临时代表大会结束前夕，全体代表被请进中南海怀仁堂，受到了毛泽东、周恩来、朱德的亲切接见。毛泽东发表了热情洋溢的讲话：“中国从前是被帝国主义统治的国家，修筑铁路多是向帝国主义国家借款……铁路成为帝国主义压迫、榨取我们的工具。”“现在我们不受帝国主义统治了，我们有可能并且应该很好地恢复铁路和发展铁路。”他还强调：“我们这样大的国家，现在还只有二万多公里铁路，这太少了。我们需要有几十万公里的铁路。”“要使中国工业化，必须大力发展铁路。”
新中国成立后，毛泽东高度重视铁路的发展和建设，把人民铁路视为社会主义国民经济建设的“先行官”，亲自规划铁路发展蓝图。三湘大地开始了铁路的改造和新建。
沟通西南的湘黔铁路在抗战中几经拆除，损坏严重。中央人民政府成立后不久，就决定修复湘黔铁路。1954年3月，株洲至湘潭30公里线路修复通车。以后相继修通到娄底、金竹山、新化。1970年“百万大军战湘黔”。1972年10月，湘黔铁路全线贯通。
1958年开始“大跃进”，省内掀起“全民办铁路”的热潮，上百万民工参加京广复线、湘黔线、娄邵线以及醴南、郴桂、耒新、益阳等地方铁路的建设工程。1966年“文化大革命”开始后，长沙铁道学院学生倡议修建韶山铁路，得到全国人民的响应和支持。次年2月5日，韶山铁路全线施工，在湘乡向韶站与湘黔线连接，全长21.4公里正线、3个车站，仅用10个多月时间就建成通车。1967年12月17日，一生严于律己的毛泽东，反对利用他的声望在韶山铁路通车庆典上做文章，他在湖南省关于韶山铁路通车庆典报告上作了6条批示：绝对权威的提法不妥；大树特树此说法也不妥；中央很早就禁止祝寿，重申此种禁令；湖南的集会应另择日期（原计划通车庆典在12月26日毛泽东生日这一天）；我们不要题字。根据这一批示，湖南省革筹小组将通车典礼改在1967年12月28日举行。
根据毛泽东的提议，国务院、中央军委于1970年8月25日批准修建枝（城）柳（州）铁路。在该铁路动工前，毛泽东两次督办，最终敲定枝柳铁路从襄樊经过，以方便二汽进出湖南、贵州、广西。1978年12月1日，经过8年的大会战，全长883.08公里的枝柳铁路全线贯通。枝柳铁路穿过湖南西部崇山峻岭，跨越深谷河流，很多地段桥隧相连。枝柳铁路工程量之大，技术难度之高，是中国铁路建筑史上少见的。北接同蒲、陇海铁路，南连湘黔、黔桂铁路的枝柳（现为焦柳）铁路建成，对开发湘西，振兴湖南具有十分重要的意义。
湖南的铁路工业和科研，解放前基本上是一片空白。从上世纪50年代开始，株洲电力机车厂、株洲车辆厂、株洲桥梁厂、株洲电力机车研究所先后兴建投产，株洲成为江南铁路工业新城。以毛泽东诞生地韶山命名，自行研制生产的韶山8、9、10型号客运电力机车和韶山4C、韶山7B重载货运机车，成为中国铁路电气化客货运输的主力车型。湖南省铁路牵引动力由原来的蒸汽机车变为内燃机车，现已全部实现电气化，实现了毛泽东生前遗愿。
乘火车专列南巡时留下了许多轶闻
据原铁道部资料显示，从1949年3月25日离开西柏坡乘火车进北京，到1975年4月14日最后一次从南方回北京，毛泽东乘坐铁路专列共72次，在专列上工作和生活了2148天，总行程344.79万公里。最初，专列用国产客车改造而成，设备条件差，没有空调。夏天，车厢内闷热，毛泽东身着背心办公，不时地用毛巾擦汗，或手摇蒲扇。1957年，从民主德国进口了一列普通客车，改装后条件略有改善。专列上简朴的办公室配有写字台、靠背椅、沙发和装有各种书籍的大书箱。
据专列乘务人员回忆，毛泽东在专列上是晚睡晚起，经常彻夜批阅文件、办公或读书。有时连吃饭也手不释卷。卧室陈设简单，一张硬板床，床头常摆一堆书。他从不讲究饮食，粗茶淡饭，辣椒餐餐要，红烧肉是最好的菜。毛泽东曾颇为自得地说专列的优点：“坐火车可以掌握主动权，想停就停，想走就走。想停就找个支线停下来，可下车看看，或找当地领导谈谈都行。”
1954年11月，毛泽东乘专列从武昌到湖南，先抵岳阳，后至长沙。这年他步入61岁，列车进入湖南，看到熟悉的山川风貌，他心情十分激动。
1955年6月20日，毛泽东回湘调研考察，找地市委书记10人在列车上座谈。那天大雨初晴，车厢内像蒸笼，毛泽东突然提出要到湘江“拱一拱”（即游泳）。他从猴子石下水，到河西牌楼口北面登岸，精神饱满地横渡了湘江。
1959年6月，为继续纠正“大跃进”以来“左”的错误，毛泽东沿河北、河南、湖北南巡考察。24日，毛泽东一行抵达长沙，将湖南定为这次考察的重要一站。25日，回到了阔别32年的故乡韶山。夜深了，毛泽东百感交集，心潮澎湃，吟成了《七律？到韶山》著名诗篇：“别梦依稀咒逝川，故园三十二年前。红旗卷起农奴戟，黑手高悬霸主鞭。为有牺牲多壮志，敢教日月换新天。喜看稻菽千重浪，遍地英雄下夕烟。”27日，毛泽东告别乡亲，途经宁乡到长沙，乘专列赴庐山，在那里召开了中央政治局扩大会议。
1966年6月17日，毛泽东住进韶山滴水洞，12天后乘车到长沙，然后登上专列，驶往武汉。这是他最后一次回韶山。
长沙南郊大圫铺机场铁路专用线，曾经多次停过毛泽东的专列。这里离湘江不远，绿树成阴，风光如画。当年，毛泽东吃住在列车上，主持过省、地、县级领导干部座谈会，了解湖南工农业生产和人民生活真实情况，接见过空军指战员等。有时他下车散步在山水之间，看农村景象，观自然风光，了解人民生活状况。
长沙铁路机务段的司机和机车检修工人潘振龙、柳瑞琪、廖秉连、陈树铭，曾多次担任过毛泽东专列的牵引任务。1976年9月，毛泽东逝世后，他们回忆起多次见过毛泽东的幸福情景。1961年，毛泽东乘专列回湖南，就宿营在列车上。有一天，为了专列的绝对安全，他们正在检查机车部件。这时，毛泽东神采奕奕地走到他们面前，关切地对他们说：“你们辛苦了！”接着伸出右手，握过他们一双双沾满油泥的手。当时，司机和检修工人激动得说不出话来，幸福的热泪夺眶而出。1965年，毛泽东上井冈山，也安排专列乘务员上山参观。
毛泽东的专列到长沙后，除了大圫铺，还有长沙火车北站、长沙火车东站两个停靠点。1956年1月，毛泽东的专列就停靠在北站和湖南省委负责人商谈工作。1974年10月13日凌晨，毛泽东的专列由北向南驶进长沙，停靠在长沙火车东站。这是他最后一次回湖南，也是住得最久的一次，在省委九所6号楼住了114天。在此期间，他的所思所想所行，至今都是历史学家们研究的重要课题。