一期工程是规划方案中1号线和环线的一部分，是北京地下铁道东西走向的干线，全长30.5公里，其中运营线路从北京站到古城站，全长22.87公里，后延长到苹果园站，全长23.6公里，由铁道兵第十二师、铁道部地下铁道工程局和北京市城建局三个单位施工。从1965年7月1日举行开工典礼到1969年10月基本建成通车，建设工期为4年零3个月。一期工程采取的是敞口明挖施工方法，车站及少数特殊地段采用了工字钢支护明挖施工，在木樨地过河段采用了钢板桩围堰法施工，隧道均为整体式钢筋混凝土矩形框架结构，总投资额为7亿元，完成土石方81842万立方米。

1970年12月3日，周总理对北京地下铁道领导小组《关于北京地下铁道运营准备工作情况的报告》给予批示：“拟同意，改为1971年1月开始，在内部售票，运行一段，接待参观群众。”按照周总理的指示，地铁一期线路于1971年1月15日开始试运营。1973年3月4日，周总理再次对北京地下铁道领导小组《关于北京地铁正式运营问题》请示报告批示：“……看正式运营是否可不出大乱子，如走电失火，瓦斯窒息，上下车失脚，出入口拥挤等等。”并派出检查组来地铁检查。4月7日，周总理对地铁安全联合检查组《关于地铁安全检查情况报告》批示：“地铁按现实情况，尚有四个有关安全运营问题未能解决，故以暂不忙公开宣布运营。”

1974年6月，复出不久的邓小平亲临一线地铁考察。当他听说车辆、设备不是标准产品不过关时，当即指示：“要进行技术改造，可以引进国外先进技术。”根据邓小平的指示，地铁领导机关认真抓了建立健全规章制度和全面整治设备的工作，迅速改变车辆、设备落后的面貌，基本满足运营需要。

1981年通过专家鉴定，地铁一期工程经国家批准正式验收，投入运营。