1950年代末期中国与苏联的关系恶化后，中国开始规划在北京、沈阳、上海三座重要城市修建地铁，以作为平战结合的战备防御手段。北京地铁首先开工，一期工程于1965年7月1日开工建设，其线路沿长安街与北京城墙南缘自西向东贯穿北京市区，连接西山的卫戍部队驻地和北京站，采用明挖填埋法施工。全长23.6公里，设17座车站和一座车辆段（古城车辆段），1969年10月1日建成通车。根据预计，北京地铁在战时可以每天运送5个陆军整编师的兵力自西山运至北京市区。
由于属于战备工程，北京地铁在通车后很长时间内不对公众开放，需凭介绍信参观及乘坐。1971年1月15日公主坟至北京站段开始试运行，1971年8月5日延长为玉泉路至北京站，1971年11月7日延长为古城路至北京站，1973年4月23日延长为苹果园至北京站。北京地铁二期工程始于1969年，其线路沿北京内城城墙自建国门至复兴门，呈倒U字型，设12座车站及太平湖车辆段，线路长度为17.2公里。1981年9月15日，北京地铁正式对外运营。