東北、上越新幹線の着工の前提となる工事実施計画は、山陽新幹線での951形試作電車での著大輪重対策に頭を痛めていたのと同じ頃の昭和46年10月14日に認可され、同年11月に国鉄によって東北新幹線東京都・盛岡市間が、12月に鉄道公団によって上越新幹線大宮市・新潟市間の工事が昭和51年度の完成を目指して着手された。

上越新幹線の起点は新宿駅を東京側の起点とする計画であったが、輸送需要、建設費、工期等を総合的に検討した結果、当分の間、東京・大宮間の線路を東北・上越両新幹線の列車が共用することとしたため、上越新幹線は大宮・新潟間となっている。

大宮以北は地元の協力もあり、用地取得や建設工事はほぼ順調に進んだが、人口密集地の大宮以南は認可によりルートが公表されると10月に埼玉県伊奈町町議会が東北・上越新幹線によって町が3分割されるとして建設反対を、続いて11月には戸田市議会が新幹線通過反対を決議するなど次々と反対運動が起きた。

更に、昭和48年になると、地下で通過する予定だった埼玉県南3市のルートを軟弱地盤による構造物の変状、地下水汲み上げによる地盤沈下、井戸の渇水等の問題から地上の高架橋構造に変更し、通勤新線を併設する新計画を公表すると地元自治体の建設反対決議等の猛反対を受け、測量のための現地立ち入りもできない状況になり、その年の秋の第一次オイルショックによる総需要抑制策の影響もあって工事は大幅に遅れることになる。

また、認可時には東北・上越新幹線は東京駅に乗り入れて東海道・山陽新幹線と接続する計画であったため、速達性向上の点からルートを直線にして停車駅数を少なくすることから上野駅は建設予定に含まれていなかったが、新幹線が上野公園の地下を素通りされては北の玄関口の上野、浅草の町が寂れてしまうことから、 台東区は上野駅設置を各方面に強力、かつ粘り強く請願、昭和47年2月には住民側に立った都知事が公害を理由に上野公園地下通過に反対し、こう着状態になってしまう。

さらに、昭利50年3月11日には山陽新幹線・岡山-博多間が延長開業したものの、騒音・振動等の公害に対する批判も強くなり、同年7月には環境庁から「新幹線鉄道騒音に係る環境基準について」の告示がなされ、騒音・振動等環境対策面での課題も抱えることになる。

しかし、関係者の粘り強い地元協議や環境問題への取り組み、東京北口通勤輸送対策としての通勤別線の早期建設（現在の埼京線：昭和60年9月30日開業）が昭和53年12月に、第3セクター運営による大宮〜小針間（伊奈地区）の新交通システム建設（現在の埼玉新都市交通：昭和58年12月22日開業）が昭和53年11月に認可されたことなどにより、裁判、用地取得、環境問題、埋蔵文化財、感情的なもつれなどでの個々の問題はあったものの、都内、県南3市内の工事にも順次着工可能となってゆく。

上野駅設置問題についても、建設工事の遅れと、昭和49年に入って東海道新幹線で経年と列車本数の増加に伴い輸送障害が多発したため、国鉄内でその対策について総合的な検討が行なわれ、その結果、東京駅の配線計画を見直して東海道・山陽新幹線用に3面6線を確保、東北・上越新幹線は2面3線で対応することとし、収容能力不足については、旅客流動、都市機能等を総合的に検討して上野駅地下に2面4線の地下駅を新設することを昭和52年末に決定したことによって収束に向かい、台東区の悲願が達成されることになった。

昭和50年の環境庁告示等社会問題化してきた新幹線の騒音・振動等の環境問題に対応するため、建設工事の進んでいた東北新幹線小山地区約40kmを総合試験線として活用して、車両や地上設備の騒音・振動などの環境対策、万一異常時が発生した場合の対策、高速走行性能や保守省力化等の新幹線の将来に備える技術の開発のための各種試験を実施することが決定され、 昭和53年から約2年間、全幹網対応として昭和48年に製作された961形試作電車と新製の東北・上越新幹線用量産先行962形試作電車（後の925-S2）の2編成を用いて走行試験が実施された。ここでその1で紹介した961の活躍の場がやっと訪れることになった。

東海道新幹線では関ヶ原地区の降積雪により開業後輸送障害が多発し、現在でも徐行等が余儀なくされている。降積雪、寒冷地域を走行する東北・上越新幹線の雪害対策は東海道での経験から大きな課題であったが、過去の降積雪データ等から、東北新幹線では積雪量が少ないので高架橋上に雪を貯めておく貯雪方式が、 上越新幹線では越後湯沢から新潟間が日本有数の豪雪地帯となるため、高架上に温水を撒いて雪をほぼ完全に溶かす散水消雪方式が採用された。

この方式は、右の図にあるように河川水を汲み上げてボイラーで加熱し、10℃程度に調節、降雪を検知するとその温水を軌道上に撒いて雪を溶かし、1から２度になって戻った水を再度加熱して軌道上に撒く循環式散水消雪システムである。撒いた水の90%程度は戻ってくるので河川等から取水する量はこれを補う量ということになる。

本線には月夜野から新潟車両基地までの明かり区間約80kmに４取水基地、29散水消雪基地が設けられることになったが、全く新しいシステムであり、散水量、散水温度等が設備規模を決定するため、上越新幹線では認可後すぐに新潟県九日町に約1kmの高架橋を建設、昭和47年12月から52年まで6冬にわたり散水消雪試験を重ね、 昭和53・54年の冬には新潟平野の長岡、月潟の2基地で本設備の消雪基地を建設して散水消雪システムの総合機能確認を行なった。

一方、200系の車両性能確認や消融雪試験等を実施するため早期完成をめざした東北新幹線の仙台（車両基地）-北上間約115kmでは、昭和54年10月1日から完成した地上設備に対する設備監査が開始された。設備監査とは本社が施行局に対して行なうもので、 出来栄え、整備状況、各種基準との照合等について確認する地上監査とそれに引続いて実車走行によって行なう総合監査に区分される。

10月30日から新製の7両編成925形電気軌道総合試験車（後の925-S1）の車両が順次仙台車両基地に搬入され、地上監査が12月10日に終了すると、翌11日からは組成された925編成を使用した入線架線試験、ATC現示試験、速度向上試験などの総合監査が実施され、 昭和55年2月18日全線210km/h運転が行なわれた。

これと並行して、また2月20日から28日までは専ら雪試験が行なわれ、人工的に雪を積んだスノーベッド区間での車両の排雪走行性能や耐寒耐雪構造確認試験等が実施されたが、何分自然を相手にするものであり、十分な降積雪には恵まれなかった。監査、雪試験終了後は乗務員の養成訓練が行なわれた。

昭和55年12月16日からは更に気象条件の厳しい北上-盛岡間も完成し、完成した営業用200系E1、E4の2編成を新たに加えて翌年1月16日から仙台-盛岡間168kmに試験区間を拡大して2冬目の雪試験を実施した。

上越新幹線では、長岡〜新潟（車両基地）間約60km間で完成した散水消雪設備の実車走行下での動的試験を実施することとなり、昭和55年9月24日から完成した地上設備に対する設備監査を実施、10月31日に終了すると、11月5日からは10月1日から順次搬入された営業用12両編成200系電車E2、E3の2編成のうち、 E2編成の1〜8号車の8両と小山から持ってきた測定用パンタグラフを持つユニットの962形試作電車の5、6号車の間に新製の軌道試験車921-41を組み込んだ11両編成の通称E2'編成を使用した総合監査が開始され、11月28日から速度向上試験に移り、順次速度を向上させ12月12日速度210km/hを達成し、 監査を終了すると共に、12月15日からは翌年3月31日まで雪対策試験が実施され、制御方法の見直し等課題が明らかになり、その後の改善に生かされた。

昭和56年11月10日には越後湯沢-長岡間の総合監査が完了し、12月1日から翌年3月31日まで越後湯沢-新潟間約125kmで営業用車両によって全般的な雪対策設備の機能確認試験が行なわれた。

乗り心地等に影響を与える軌道狂いの管理は10m弦正矢によって行われてきたが、それまでの走行試験の結果等から新幹線のような高速運転を行う車両では特に長波長狂いの管理の重要性が指摘されるようになり、一層の乗り心地の改善と将来想定される210km/h以上の運転における軌道管理のポイントを明らかにするため、燕三条〜新潟間の高架橋上約25kmを利用して人工的に長波長の軌道狂いを設定して走行試験を行うことになった。

軌道狂いの設定工事は雪の消えるのを待って昭和57年3月1日から開始され、4月5日からはE2'の11両'編成を使用した速度向上試験、4月13日から走行試験（その1）、4月20日から車両条件を若干変更して試験走行（その2）が実施された。その後軌道狂いを修復し、5月10日に高速軌道試験車により軌道状態を確認した上で通常の列車走行に供された。

それまでの東北・上越新幹線での試験走行の結果と全体の工事進捗状況を総合的に判断し、大宮以南は用地取得や地元協議の遅れ等から工事が大幅に遅れているため国鉄は大宮暫定開業を決断し、昭和55年12月24日に昭和57年春大宮暫定開業、昭和59年度上野開業を発表した。 この計画に則り、昭和56年に入ると、4月には東北・上越新幹線総合指令本部が発足するなど開業に向けた体制が順次整備されていった。

しかし、榛名山や谷川岳の下を通る上越新幹線ではトンネル工事での苦悩が続いていた。最初に着手した世界最長の山岳トンネルである大清水トンネルが昭和54年1月25日に着工以来7年目で貫通し、大きな山を越えたようにみえたが、3月18日に多量の被圧水を伴った末固結の八木沢層に悪戦苦闘をしいられていた中山トンネルで異常出水事故が発生し、四方木工区全体が水没、さらにこの2日後の3月20日には大清水トンネル保登野沢工区で掘削機解体中に油に引火、トンネル貫通で風通しが良くなっていたために大火災となって16名の尊い生命が失われた。

懸命の復旧作業によって同年9月に入って中山トンネルの水が止まり、揚水を開始、軟弱地質を極力避けるため一部ルート変更を行なって事故発生以来約1年かけて復旧した。しかし、早期完成を目指して再着手したのもつかの間、昭和55年3月8日、今度は高山工区で再び大出水事故が発生し、復旧が完了したばかりの四方木工区共々坑内が完全に水没するという未曽有の事故となった。

この中山トンネルの工事工程が即、上越新幹線の開業に影響する恐れが出たため、再度ルート変更を行い懸命に復旧に努めたが、この時期の二度目の大規模な出水事故の影響は大きく、昭和55年12月に昭和57年春大宮暫定開業を公表していたが、ついに56年8月になって東北新幹線との同時開業を断念し、約5ヶ月遅れの57年11月とすることを決定、公表した。

東北新幹線の仙台以南は残りの区間が順次完成し、昭和57年3月21日からは全線を使用した訓練運転を開始した。最終的な確認となる大宮-盛岡間の開業監査は昭和57年6月15、16日技師長を団長として行なわれ、17日には23日の開業に全ての面で支障なしと総裁に報告、21、22日の総点検を経て23日に東北新幹線は開業した。

上野-大宮間は7両編成を連結した185系電車による「新幹線リレー号」が運転された。

上越新幹線は長岡-新潟間に続いて越後湯沢〜長岡間を昭和56年7月27日から設備監査を開始して8月6日に終了、9月30日からは総合監査に移り、11月9日に210km/hを達成し、監査を終了した。

大宮-越後湯沢間は大宮-高崎間、高崎-越後湯沢間に分けて監査を実施したが、実車を使う総合監査では925-S1電気軌道総合試験車7両編成を仙台車両基地から回送して使用した。

そのうち、大宮-高崎間は工事の遅れていた伊奈地区の完成を待って昭和57年5月29日地上監査を完了、6月1日に総合監査を開始し、6月16日までに160km/hまでの速度向上を行った。高崎-越後湯沢間は中山トンネルの完成を待って6月19日地上監査を完了、22日から総合監査に入り、7月12日以降、大宮-越後湯沢間を通して160km/h以上の速度向上試験を開始し、7月21日、210km/hを達成し監査を終えた。

これにより、上越新幹線の設備監査を全て終了し、7月23日から11月14日まで大宮〜新潟間における乗務員の訓練運転が行なわれた。

その間の11月4、5日には国鉄技師長を団長とする開業監査が実施され、13日に総点検を実施後、上越新幹線は東北新幹線に約5ケ月遅れの昭和57年11月15日無事開業した。

小山試験線での高速走行試験結果や昭和56年9月27日、フランスTGVがパリ〜リヨン間で260km/h運転を開始したことなどから速度向上の気運が高まり、昭和57年12月列車速度調査委員会から上野開業時の最高速度を230km/hに向上することを計画、詳細は早急に詰めることになった。その後、925-S2編成による高速走行試験等の結果から昭和59年2月の常務会で車両の最高速度は240km/hとし、全「やまびこ」編成を240km/h運転とすることになった。しかし、上野開業増備車21編成では不足するため、大宮暫定開業で投入した36編成のうちの5次車の7編成を240km/h運転に改造することになった。

上野-大宮間28kmは自治体や住民の建設反対運動などによって用地買収や地元協議が遅れたため、本格的に工事に着手できたのは昭和56年になってからで、地下4階2面4線の新幹線上野駅新設、田端車両基地の切換え、営業線近接工事、環境対策等で難工事が連続したため工事に時間がかかり、大宮暫定開業となってしまったが、それらの課題を解決しながら工事を進め、昭和59年5月23日には東北・上越新幹線上野-大宮間を昭和60年3月に開業することを発表した。

昭和60年1月16日〜2月20日まで地上監査を実施、この区間は西日暮里〜大宮間に急カーブ（曲線半径600〜800m）が多いため最高速度110km/hとしており（騒音問題等での反対地元との協議の結果とも言われる。しかし、最高速度を上げても曲線制限で時間短縮効果はあまりない。）、実車を使用した監査等は極力見直して短縮し、総合監査は21日から22日の2昼夜でS1とS2の2編成を使用して本線と田端車両基地内を並行して実施、25日からは訓練運転を開始したが、机上訓練を事前に実施して期間を短縮して計画どおりの3月14日に上野まで延伸開業した。

東北新幹線では地元負担による新駅設置条件を整理し、水沢江刺、新花巻の2駅も同時開業し、200系1000番台を使用した「やまびこ」による240km/h運転が開始された。

東京-上野間3.6kmは昭和56年頃から東京都との協議も整い本格的に着工していたが、都心乗り入れのため用地取得は困難を極めた。更に、国鉄財政の一層の悪化が大きな問題になり、昭和58年8月には国鉄再建監理委員会の緊急提言によって建設凍結も話題になるなどしたたため建設工事はほぼ中断状態になった。

昭和62年4月に国鉄は分割・民営化され、新しく出来た新幹線鉄道保有機構が新幹線鉄道の施設の一括保有と貸付けを行なうことになったが、東京-上野間の建設工事は約半分程度が完成していたことから、同機構が建設主体となり、JR東日本が営業主体となって投資資金早期回収のため極力早急に完成させることになった。

建設工事は保有機構からJR東日本が全面的に委託を受け、当初3年間で完成させる計画だったが、用地交渉、高架下支障店舗の移転協議、トンネル区間の地上権設定等の協議が難航、御徒町トンネル陥没事故などもあり、計画から約1年遅れ、上野開業から約7年遅れの平成3年6月20にようやく全線開業を迎えた。

東京・上越新幹線は、昭和46年末に着工し、総工費1兆3600億円（東北：8,800　上越：4,800）で昭和51年度に完成させる予定であったが、全線開業には東北新幹線東京-盛岡間496.5km（工事延長）の工事費は2兆9300億円（上野-東京間1300億）に、上越新幹線大宮-新潟間269.5kmは1兆6,860億円で合計4兆6170億円（60億円/km）に増加し、 平成3年の完成までに20年も要した。

営業用車両も450両、550億円から684両、2,128億円に増加した。

もともと寒冷地を走行するため、東海道新幹線の関が原地区の輸送障害の反省から本格的な雪害対策を採用することとしたため割高であったが、都心部を通過する新幹線の用地取得や地元協議の難航、昭和48年10月と昭和53年12月の二度の中近東の紛争に端を発する石油危機による物価の異常上昇と総需要抑制策として工事の実質的な凍結、騒音・振動などの沿線環境対策、昭和53年2月と6月の宮城沖被害の復旧と地震対策強化等がその原因といわれている。

昭和50年10月27日の第201回国鉄常務会で新幹線総合試験線の必要が認められ、具体的に計画が動き出した。

その必要性としては次の3点が挙げられた。

ア項に関しては、公害問題の高まりから環境基準が主として住居の用に供される地域では70デシベル以下等80デシベルでさえクリアできない当時としては極めて厳しい数字であったこと、イ項に関しては、開業以来設備の酷使等によって昭和49年ごろ輸送障害が多発したことから新幹線の安全と安定輸送を確保するため昭和49年10月28日に「新幹線総合調査委員会」を設置したことに呼応するものである。

これらの技術開発は従来からも鋭意行われてきたが、現象解明、対策の効果確認などの点で技術開発上不可欠である試運転が当時ではほとんど不可能となってきたことが最大の問題点とされた。その原因としては、

もちろん必要な試験のうち、定置試験換、試験台試験等でシミュレートできるものについては、そうした設備を十分利用することはいうまでもないが、実車走行によらなけれは確認できないものも多い。そこで以上のような制約を解消し、各種試験を能率的に行うことができる試験線の設置が必要であるとされたる。

試験線区の具備すべき主要条件は、

・	新幹線車両の走行試験としては、40km程度の線路延長を必要とすること。
・	実用化時の保守条件等を検討するために長期走行試験を行うこと、試験項目が多岐に亘ること、項目の中にはできるだけ早急に結論を得たいものが含まれていることなどから、試験開始時期ができるだけ早く、かつ試験専門に2年以上の期間が確保できること。