欧米諸国と並ぶ国づくりに乗り出した明治政府は，鉄道網の整備も積極化する。1872（明治5）年には，新橋−横浜間に日本初の鉄道が開通し，鹿島は資材納入に携わっている。1880（明治13）年，鹿島岩蔵は鹿島組を創立し，鉄道請負業に乗り出す。毛利邸洋館の工事中に出会った工部省鉄道頭・井上勝の勧めによる転進であった。洋館建築の仕事が次々に舞い込むなかで，請負金額の大きな鉄道工事への転進は，大阪船場の富豪・平瀬露香に後援を求めるなど，岩蔵の決断までに8年もの歳月が流れていた。

鹿島が初めて取り組んだ敦賀線は，日本海から京都，大阪へとつながる当時の最重要路線。そして現在の東北本線や中央線，あるいは横川−軽井沢間の碓氷線など，数多くの工事に携わり，わが国の鉄道インフラ整備に深く関わっていく。その後，朝鮮半島や満州，台湾でも鉄道の敷設にあたっている。

1909（明治42）年には，鹿児島線（現・肥薩線）の開通により，青森から鹿児島までの鉄道路線が関門海峡の船舶連絡を挟んで結ばれた。鹿島は，矢嶽隧道（現・矢岳第一トンネル）から矢嶽駅手前までの約3.6kmの区間を手がけている。

「鉄道の鹿島」の名声をさらに大きく高めたのは，世紀の難工事といわれた東海道本線・丹那トンネルの施工である。複雑な地質や大量の湧水など困難を極めたが，着工から16年もの歳月をかけ，1934（昭和9）年に完成。東海道本線の輸送能力は飛躍的に増大した。その後も青函トンネルや新幹線網など，日本経済の発展を支える鉄道工事に従事している。