十五"期间，京、津、沪、渝四大直辖市在区域经济发展中的"龙头"和"辐射"作用日益增强，领跑中国区域经济。来自铁道部统计中心的数据表明，"十五"期间，铁路为四大直辖市发送旅客57314万人，客运周转量1138.48亿人公里，发送货物39793万吨，货运周转量4226.01亿吨公里，为四大"龙头"经济发展起到"拉动"和"推进"的至关重要的作用。
在以北京和天津为中心的环渤海经济圈里，迅速发展的铁路运输业形成了以京津为核心的"京津冀"铁路运输枢纽，连接起华北、东北、华东、西北等铁路运输网络，带动着中国北方的区域经济，使其成为进入太平洋、走向世界的便捷通道。京广、京沪、京哈、京九、京秦、京包、京原、京通、京承、丰沙十大干线将北京的经济辐射到全国。如今，北京已有通往全国99个城市、4个国家的旅客列车。
"十五"期间，铁路为北京发送旅客25408万人，客运周转量为346.9亿人公里，发送货物11064万吨，货运周转量为1970.8亿吨公里；为天津发送旅客7379万人，客运周转量为390.99亿人公里，发送货物13711万吨，货运周转量为1565.39亿吨公里。
在长江三角洲经济圈，以上海为核心的长三角城市体系在中国经济格局中的地位越来越重要。以上海为核心的铁路运输枢纽，则连接起华东、华中、华南、西部等铁路运输网络，带动着中国东部的区域经济。"十五"期间，上海铁路局抓住机遇，加快推进铁路建设步伐，强力推进基础建设，预计完成铁路建设投资320亿元，新建铁路800公里，对京沪等既有线进行了提速扩能改造，浦东铁路、沪杭等工程均按计划开工建设，上海南站等工程按目标进度全力推进，上海站站台自动扶梯改造等一批技改项目基本完成。据统计，2001年以来，铁路为上海发送旅客18491万人，客运周转量为209.76亿人公里，发送货物6012万吨，货运周转量为195.68亿吨公里。
"十五"以来，以重庆为中心的铁路开发工作成绩显著，连接起华东、华南、华中、西南、西北等铁路运输网络，推动了长江上游经济圈的经济发展。2003年2月，中国西部地区第一条快速铁路－－遂渝铁路的破土动工，拉开了中国西南地区铁路新一轮建设高潮的序幕，一个四通八达、快速便捷的巴渝铁路网即将全面形成。重庆市将形成北有连接北京的襄渝铁路，东有出华东、南下华南的客运通道渝怀铁路和货运通道川黔铁路，西有遂渝铁路快速通道及成渝铁路的大格局。据统计，"十五"期间，铁路为重庆发送旅客6036万人，客运周转量为190.83亿人公里，发送货物9006万吨，货运周转量为494.14亿吨公里。随着重庆交通条件全面改善，区域经济发展的活力被激发释放，长江上游经济圈将成为西部地区人口与产业最为集中、经济实力最强、竞争力最大、最具增长潜能的区域。