一期工程是規劃方案中1號線和環線的一部分，是北京地下鐵道東西走向的干線，全長30.5公里，其中運營線路從北京站到古城站，全長22.87公里，后延長到蘋果園站，全長23.6公里，由鐵道兵第十二師、鐵道部地下鐵道工程局和北京市城建局三個單位施工。從1965年7月1日舉行開工典禮到1969年10月基本建成通車，建設工期為4年零3個月。一期工程采取的是敞口明挖施工方法，車站及少數特殊地段采用了工字鋼支護明挖施工，在木樨地過河段采用了鋼板樁圍堰法施工，隧道均為整體式鋼筋混凝土矩形框架結構，總投資額為7億元，完成土石方81842萬立方米。

1970年12月3日，周總理對北京地下鐵道領導小組《關于北京地下鐵道運營準備工作情況的報告》給予批示：“擬同意，改為1971年1月開始，在內部售票，運行一段，接待參觀群眾。”按照周總理的指示，地鐵一期線路于1971年1月15日開始試運營。1973年3月4日，周總理再次對北京地下鐵道領導小組《關于北京地鐵正式運營問題》請示報告批示：“……看正式運營是否可不出大亂子，如走電失火，瓦斯窒息，上下車失腳，出入口擁擠等等。”并派出檢查組來地鐵檢查。4月7日，周總理對地鐵安全聯合檢查組《關于地鐵安全檢查情況報告》批示：“地鐵按現實情況，尚有四個有關安全運營問題未能解決，故以暫不忙公開宣布運營。”

1974年6月，復出不久的鄧小平親臨一線地鐵考察。當他聽說車輛、設備不是標準產品不過關時，當即指示：“要進行技術改造，可以引進國外先進技術。”根據鄧小平的指示，地鐵領導機關認真抓了建立健全規章制度和全面整治設備的工作，迅速改變車輛、設備落后的面貌，基本滿足運營需要。

1981年通過專家鑒定，地鐵一期工程經國家批準正式驗收，投入運營。