thumb|300px|Opening van de spoorlijn tussen Stockton en Darlington in 1825. Schilderij van John Dobbin, geschilderd in de jaren 1880 De Stockton and Darlington Railway, in bedrijf genomen in 1825, was wereldwijd de eerste openbare spoorlijn die voor het goederenvervoer gebruik maakte van stoomlocomotieven. Passagiers werden in de beginjaren nog met door paarden getrokken koetsen en wagons over de spoorbaan vervoerd. Deze spoorlijn is voor de geschiedenis van de spoorwegen ook daarom van bijzondere betekenis omdat de hier gekozen spoorwijdte van 1435 millimeter bij veel spoorwegmaatschappijen over de gehele wereld ingang vond als normaalspoor. De veertig kilometer lange route in Noordoost-Engeland verbond de kolenmijnen rond Bishop Auckland met Shildon, Darlington, Stockton-on-Tees en later ook met 'Port Darlington', het huidige Middlesbrough. Ondanks ernstige kinderziekten maakte deze nieuwe vorm van vervoer vanaf het begin veel indruk op tijdgenoten en heeft daarmee veel bijgedragen aan de stormachtige ontwikkeling van de spoorwegen.
Voorgeschiedenis van de stoomtrein Kolentransporten in het Engeland van de 18e eeuw Vanaf het begin van de 18e eeuw ontstond als gevolg van de industrialisatie van Engeland een snel toenemende behoefte aan kolen voor het groeiende aantal stoommachines, voor het smelten van ertsen en niet in de laatste plaats voor de verwarming van huizen in Londen en andere grote steden. In het noordoosten van Engeland en speciaal in de buurt van de monding van de rivier de Tees bevonden zich goed exploiteerbare kolenvoorraden.
thumb|300px|Door paarden getrokken trein van kolenwagens op de laatste nog functionerende 'tramweg’ in 1908 Sinds de Middeleeuwen werden de kolen met paarden naar nabijgelegen rivieren gebracht om van daaruit naar het verre Londen te worden verscheept. In de 16de eeuw waren voor dit doel alleen in het graafschap Durham constant honderden, vermoedelijk zelfs duizenden pakpaarden onderweg. De paarden droegen de kolen aanvankelijk in zijtassen. Later werden de kolen op karren geladen, waar de paarden voor werden gespannen. Paden en wegen waren echter voor dit soort zware karren veelal onvoldoende verhard. Vandaar dat er al gauw ‘tramwegen’ ontstonden, waarop een paard een ton kolen in een dag over een afstand van vijftien tot zeventien kilometer kon trekken. Deze tramwegen bestonden uit een in de bodem ingebouwde, met dikke houten planken bekleed rijspoor, waarover de karrenwielen met minder weerstand liepen. Geïnspireerd door de al eeuwenoude ervaringen met houten en later gietijzeren rails in mijnen en steengroeven werd tegen het einde van de 18e eeuw ook op tramwegen geëxperimenteerd met rails van gietijzer. Soms reden daarop hele treinen van kolenwagens, getrokken door een stel paarden. Om dat soort transporten soepel te laten verlopen moesten steile hellingen in het traject worden vermeden. Vanaf de 18e eeuw werden de tramwegen daarom steeds vaker voorzien van bruggen, dammen en viaducten en soms zelfs van tunnels.
Stoommachines en eerste stoomlocomotieven: kinderen van de mijnbouw Net als het gebruik van rails was ook de eerste praktische toepassing van stoommachines en stoomlocomotieven verbonden met de mijnbouw. Stoommachines werden er al sinds het begin van de 18e eeuw ingezet om water uit mijnschachten weg te pompen. Pas na de verbetering in de constructie van stoommachines door James Watt werden ze gaandeweg ook elders ingezet, waaronder de opkomende katoenindustrie.
Vanaf het begin van de 19e eeuw werd ook geëxperimenteerd met de toepassing van – opnieuw verbeterde – stoommachines voor het transport van erts en kolen zowel binnen de mijnen als tussen de mijnen en de dichtstbijzijnde overslagplaatsen op schepen. Deels betrof dit vaste stoommachines die een reeks karren met touwen trokken. De eerste nog zeer langzaam rijdende stoomlocomotief, ontwikkeld door de Britse mijnbouwingenieur Richard Trevithick, werd vanaf 1804 toegepast op het terrein van een ijzermijn in Wales. Een fundamenteel probleem van deze nieuwe techniek was dat de rails, in die tijd nog gemaakt van gietijzer, geregeld braken onder de last van de zware locomotieven. Om die reden werd in 1817 een experiment met een stoomlocomotief bij de openbare Kilmarnock and Troon Railway in Schotland na korte tijd weer gestaakt. Dat probleem werd pas ondervangen in de in 1822 geopende Hetton Colliery Railway door voor de rails het duurdere en moeilijker te produceren gewalst smeedijzer te gebruiken. Het betrof een 13 km lange private spoorlijn voor het vervoer van kolen, de allereerste spoorlijn die geheel op stoomkracht functioneerde. Slechts op een relatief klein deel van deze lijn reden echter treinen met een locomotief. De overige trajectdelen waren gebouwd als hellingen waar stationaire stoommachines de wagens met kabels trokken.
De bouw van de Stockton and Darlington Railway Lokale rivaliteiten – kanaal of tramweg? Ook in de regio rond Stockton en Darlington werd al jaren gediscussieerd over mogelijkheden om het vervoer van kolen uit de mijnen rondom Bishop Auckland naar omliggende rivieren of havens efficiënter te organiseren. De aanleg van een spoorlijn lag in eerste instantie echter helemaal niet voor de hand. Sommige burgers van Stockton-on-Tees hadden juist het plan ontwikkeld om een kanaal van hun stad naar Evenwood aan de Gaunless aan te leggen, het zogenaamde Stockton and Auckland Canal.
Het plan voor een dergelijk kanaal viel echter niet in goede aarde bij de in Darlington woonachtige zakenlieden Edward Pease, Jonathan Backhouse en Francis Mewburn. Het tracé voor het kanaal zou 13 kilometer van hun woonplaats en de omringende kolenmijnen komen te liggen. Geen goed nieuws voor Darlington. Zij zetten zich daarom in voor de bouw van een tramweg, die van Bishop Auckland over Darlington naar de haven van Stockton moest gaan lopen. In 1818 werd de benodigde goedkeuring van het Britse parlement voor de bouw van deze tramweg aangevraagd. Doordat een tramweg minder kapitaal zou vergen en door het opstellen van een geflatteerde kostenberekening slaagde Pease erin om zijn idee beter te presenteren dan het concurrerende kanaalproject. Toch werd deze eerste en ook een volgende goedkeuringsaanvraag afgewezen, vooral door de oppositie van Lord Darlington, die niet wilde dat de tramweg een van zijn favoriete gebieden voor de vossenjacht zou doorsnijden.
Met een nieuw voorstel voor de route wou het comité van Darlington in 1820 opnieuw goedkeuring aan het parlement vragen. De dood van Koning George III op 29 januari 1820 en de daaropvolgende verkiezingen voor Britse parlement stelden de nieuwe goedkeuringsaanvraag echter uit tot 1821. Het door George Overton nieuw ontworpen traject was ongeveer 60 kilometer lang en had vijf zijlijnen. Op 12 april 1821 keurde het Lagerhuis en op 17 april 1821 het Hogerhuis het voorstel goed. Al op 19 april gaf George IV zijn koninklijke goedkeuring.
In de vergunning werd onder meer opgenomen dat iedereen een spoorwegwagon over de tramweg kon laten rijden, mits hij maar de gestelde tarieven betaalde en gebruik maakte van veilige uitrusting. Het bedrijf zou in de winter tussen 7 uur 's ochtends en 6 uur 's avonds plaatsvinden en in de zomer tussen 5 uur 's ochtends en 10 uur 's avonds. In de vergunning werd noch het belangrijkste doel van de investering, het transport van kolen, noch het eventuele vervoer van passagiers genoemd.
George Stephenson: spoorlijn in plaats van tramweg thumb|George Stephenson Op de avond dat Pease wachtte op de cruciale boodschap over de goedkeuring uit Londen, sprak hij bij hem thuis met de manager van de kolenmijn Killingworth, Nicholas Wood en zijn ingenieur George Stephenson. Anekdotes zeggen dat Stephenson Pease' huis blootsvoets betrad. Stephenson stelde Pease voor om in plaats van een tramweg een echte spoorbaan en locomotieven te bouwen. Hij verklaarde dat "een paard op de rails van een spoorlijn 10 ton, tegen 1 ton op een gebruikelijke tramweg kon trekken". De door hem in Killingworth gebouwde locomotief Blücher was volgens hem zelfs vijftig paarden waard.
Pease bezocht de Killingworth-mijn en rapporteerde aan zijn commissieleden over de indrukwekkende prestaties van deze machine. Besloten werd in plaats van een tramweg een spoorweg aan te leggen. Tegen het verzet van sommige commissieleden in drukte Pease door dat het tracé door Stephenson opnieuw vastgelegd zou worden en aangepast aan de eisen van een spoorlijn. Stephenson ontving een vaste aanstelling en de opdracht voor de bouw van de spoorweg. Hij kreeg een salaris van 660 pond sterling per jaar. Met financiële steun van Pease richtte George Stephenson, samen met zijn nog slechts 19-jarige, maar veel beter geschoolde zoon Robert, de Robert Stephenson and Company Limited op voor de bouw van locomotieven en stationaire stoommachines.
Ondertussen spande de commissie zich in om parlementaire goedkeuring te verkrijgen voor het door Stephenson herziene tracé dat voor het grootste deel geschikt was voor treinen met stoomlocs. Alleen in de heuvels rond de mijnen van Bishop Auckland had Stephenson hellingen met stationaire stoommachines gepland. Tegen dit tracé kwam wederom Lord Darlington in het geweer. Diens bezwaar werd echter nu afgewezen. De op 23 mei 1823 verleende goedkeuring gaf toestemming om een tarief van 6 shilling per mijl te rekenen voor eenieder die een passagiersvoertuig over de route wilde laten rijden. Zo werd voor het eerst het idee van passagiersvervoer over het spoor geïntroduceerd. Belangrijker echter was dat de operatie met een zelfrijdende trein wettelijk werd toegestaan.
Bouw van de spoorlijn thumb|500px|De route van de Stockton and Darlington Railway in 1827 (in zwart) met de huidige spoorlijnen (in rood) Nu werd het menens om deze nieuwe vorm van infrastructuur en vervoer daadwerkelijk te realiseren. De initiatiefnemers werden daarbij met tal van nieuwe problemen en vraagstellingen geconfronteerd. De organisatie en bedrijfsvoering, de bouw van nieuwe locomotieven, het kwam er allemaal langs. Ook voor de bouw van de spoorlijn zelf moesten veel moeilijkheden worden overwonnen en nieuwe soorten constructies bedacht. Tracés moesten worden opgehoogd, tot 15 meter hoge dammen aangelegd en ook enkele viaducten gebouwd. George Stephenson liet daarbij zien niet alleen kwaliteiten als bouwer van stoomlocomotieven te bezitten maar ook die van landmeetkundige en van civiel ingenieur.
Op het aarden lichaam werd zoals bij de tramwegen een houten onderbouw gelegd waarop in totaal 64.000 stenen dwarsliggers werden gemonteerd. Deze hadden paarsgewijs gerangschikte gaten voor de nagels, waarmee men de dwarsliggers door de stenen laag heen aan het hout bevestigde. Deze ‘dwarsliggers’ werden echter, zoals toen bij de tramwegen nog gebruikelijk, nog langs in plaats van loodrecht op de rails gelegd. De latere ligging loodrecht op de rails, wat een stabielere spoorligging tot gevolg heeft, werd pas enige jaren later ingevoerd.
thumb|left|De door Stephenson ontworpen ijzeren brug over de rivier Gaunless Stephenson had de commissie ook ervan weten te overtuigen om te kiezen voor gewalste rails van smeedijzer in plaats van het tot dan gebruikelijke en goedkopere gietijzer. In plaats van de L-vormige rails op tramwegen waarop karren met platte wielen reden, werd gekozen voor een door Stephenson ontworpen railprofiel en daarmee ook voor het gebruik van spoorwielen met flenzen. De opdracht voor de rails werd voor 14.000 pond sterling aan de Bedlington Iron Works vergeven. Om de commissie te overtuigen zag Stephenson af van de 500 pond, waar hij, als patenthouder van het proces voor gewalst ijzer, recht op had. Hierdoor verloor hij echter de vriendschap van zijn medepatenthouder William Losh, die deze actie van Stephenson als bedrog zag.