Departementet foreslo i stedet en kanalisering av Glomma mellom Elverum og Grundset. Departementet mente også at banen burde bli bygget for statens regning. På den tiden var det tre store jernbaneutbygginger som stod for tur. De økonomiske rammene på den tiden førte til at Hamar-Grundsetbanen og Trondhjem-Størenbanen ble besluttet bygget med en smalere sporvidde enn Hovedbanen og den planlagte Kongsvingerbanen. Dette skulle senere få store konsekvenser for driften. Høsten 1857 ble det besluttet å bygge banen, men den store diskusjonen kom til å dreie seg om sidebanen til Grundset. Ifølge beregninger som ble gjort kom en kanalisering av Glomma til å bli billigere enn en sidebane. Sidebanen til Grundset ble til slutt vedtatt med en stemmes overvekt, men med betingelse om at private måtte tegne aksjer for en bestemt sum. Vedtaket om sidebanen til Grundset medførte at stasjonen på Elverum ble lagt til vestsiden av Glomma. Som en kompensasjon for dette ble likevel brua over Glomma bygget og det for jernbanens regning. Alle bruene langs banen ble bygget i tre unntatt brua over Glomma som var av jern. Allerede høsten 1861 var banen klar for åpning men dette ble utsatt til 23 Juni 1862.

Grundset - Rena

Alt i 1857 ble det foreslått å forlenge banen med 26 km fra Grundset og opp til Rena. De mest framsynte så for seg en forbindelse mellom Trondheim og Kristiania. I 1864 ble det etter en søknad til departementet satt i gang arbeid med å stikke ut linja fram til Rena. Under stortingsdebatten i juni 1869 ble strekningen mellom Grundset og Rena vedtatt bygget. Anleggsarbeidet tok bare 2 år og 23.10.1871 ble strekningen høytidelig åpnet.

Rena - Støren

Rørosbanens høyeste punkt 680 moh.

Under stortingsdebatten i juni 1869 ble jernbaneplanen diskutert. Det var et ønske om en sammenkobling mellom jernbanen i sør og nord. Trase valget ble den store saken og debatten gikk livlig om hvorvidt en stambane skulle gå om Røros eller Kvikne. Den 3. mai 1872 kom vedtaket om å bygge den resterende strekningen på 318 km mellom Rena og Støren over Røros. På det meste jobbet over 2000 mann på anlegget. På strekningens nordre del skulle banen gå i vanskelig terreng med behov for flere store bruer. Bruene ved Støren og Drøya var kritiske i forhold til framdriften videre. Brua i Drøya var et imponerende byggverk med en lengde på 130 meter og med en høyde på over 40 meter fra dalbunnen og opp. Strekningen Åmot - Koppang sto klar og ble åpnet i 1875 og den 14 august 1877 møttes arbeidslagene ved gården Skjøten i Alvdal og hele strekningen var fullført. Strekningen mellom Rena og Støren ble på tross av stedvis vanskelig terreng bygget på bare 5 år. Den høytidelige åpningen ble foretatt av Kong Oscar II på Røros den 13. oktober 1877.

Sporvidden

Banen ble som kjent bygget som smalsporbane med sporvidden 1067. I 1876 ble strekningen mellom Eidsvoll og Hamar vedtatt bygget som normalspor (1435mm) Dette førte til at alt gods måtte lastes om på sporbruddsstasjonene. Kostnadene og ulempene med å ha to forskjellige sporvidder førte til Rørosbanen etappevis ble utvidet til normalspor. I 1931 var strekningen fra Hamar og opp til Koppang utvidet til normalspor, og det første normalsporede toget kom sørfra til Koppang 7. oktober. Det skulle ta nesten 10 år føre den resterende strekningen fram til Støren ble bygget om. I disse 10 årene var det stor aktivitet på Koppang stasjon. Alt godset måtte lastes om så det trengtes mye arbeidskraft. Den 05.08.1941 ble den siste strekningen mellom Koppang-Støren åpnet for normalspor.