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1958年10月27日下午，北京市第二副市长冯基平和赵鹏飞主持召开人大会堂工程会议。
在会上，北京市建筑工程局和北京市政工程局详细汇报工程设计和施工准备情况。
冯基平和赵鹏飞对北京市建筑工程局和北京市政工程局的各项工作比较满意，他们在会上又强调要抓紧施工进程和注意安全问题。
会议最后决定：
人大会堂工程于1958年10月28日正式开工。
10月28日，天还没亮，人大会堂工地上已是红旗招展，人头攒动，几千名建设者开始奋战在各自的工作岗位上。机械挖土和人工清槽同时并举，一时间劳动号子声、指挥哨子声、汽车鸣笛声、广播喇叭声，与对面建设中国革命历史博物馆的施工现场一起汇成了一片沸腾的劳动交响曲。
人大会堂顺利开工与各单位对施工现场的前期准备工作密不可分。
人大会堂现场有平房3993间，住有许多个单位和一千多户的老百姓，占地面积约15公顷。从9月1日开始，仅用10天时间，所有居民和单位就全部腾空了自己的居住用房。
9月15日，清运队伍进入现场。工人们怀着极大的劳动热情，用独轮车、平板车、马车和部分4吨卡车轮班作业，经过9个昼夜的奋战，将原有建筑物、树木等全部拆除并清运完毕。
10月17日，建筑组就绘制出柱网尺寸图，并把建筑位置放线图教给施工单位。
10月25日，承接人大会堂施工任务的第一建筑工程公司接到了基础刨槽设计图，在建工局其它公司的配合下，选拔了各路精兵强将，进行了战前动员，组织了几千人的施工大军开进天安门前的施工场地，陆续放线，准备挖槽开工。
为了保障工程快速有序地进行，在周总理亲自牵头下，还成立了人大会堂工程施工总指挥部，北京市建筑工程局副局长张鸿舜为总指挥。
同时，总指挥部下设四个分指挥部，按照施工部位进行分工。
第一“分指”负责北段宴会厅部分；
第二“分指”负责中段西部大礼堂部份；
第三“分指”负责中段东部中央大厅部份；
第四“分指”负责南段人大办公楼部分。
来自全国各地的能工巧匠们开始与时间赛跑，他们既要按时完成工程，又要保证人民大会堂的总体质量。在完成这一工程的过程中，施工设计人员曾遇到了很多难题，为此他们打破常规，创造了许多革新的设计施工方法，以确保在如此紧迫的期限内，完成这项史无前例的特殊工程。
从设计单位交出第一张图纸的第二天，工地上就大规模地开槽施工了。机械和人力同时并举，工人和干部全体动手，连炊事员和一些来京探亲的工人家属也都主动参加了挖土方的大战。
在糟底下面，工人们挖掘出残存的辽、金和元朝的旧河道，黑臭的淤泥足足有5米深。工人们们不怕脏，不怕累，用独轮车、平板车、水桶、脸盆等简陋的工具将淤泥一点点往外挖。他们日以继夜地投入工作，仅一个月时间就挖出30万立方米的土方。
在土方和基础工程接近完成、框架结构工程开始不久的时候，建设者们又立即投入另一个战役，即浇灌宴会厅井字梁的混凝土。
这时，建设者们遇到严重的困难：要将1000多立方米的混凝土一气浇成，成为一个坚实的整体。这个坚实的整体要承担比一个足球场面积还大的宴会厅的全部重量，所以要求绝对保证质量。
建设者们凑近一看，任务确实艰巨。只见这个“井”字梁宽50厘米，深2.35米，长48米和54米。从断面上看，125根鸡蛋般粗的钢筋，密集在井字梁的上部和底部。钢筋之间最大的空隙为8厘米，刚够插进一根震捣棒，最小的空隙连杏核大的石子也漏不进去。
如此密集的钢筋网，怎样才能把混凝土一下灌到底并绝对保证质量呢？这让好多工人犯了难，连最有经验的老混凝土工也没有把握。有些人急得团团转，有些人在思考。
看到这种情况，工地党委反复地向群众进行“战略上藐视困难、战术上重视困难”的教育，并以分党书记为首组织“井字梁战斗指挥部”。领导干部深入群众，同技术人员、老工人一起，开“三结合会”。
经过多次研究和讨论，他们终于找到可行的办法：在梁腹两侧的模板上，各开一排倒“八”字形的斜坡口，让混凝土从斜坡通过梁腹比较稀疏的钢筋网，灌入梁底。这样，就避免了从上往下进灌时发生混凝土分离的现象。
“浇灌井字梁”的战役开始了。现场四周贴满工人创作的表达自己壮志豪情的诗歌，人们以高度的革命乐观主义精神参加战斗。
此时，搅拌机的声音，震捣器的声音，运混凝土的小车往返飞奔的声音，人们互相鼓励、挑战加油的声音，组成了一支雄壮的战斗交响乐。
繁忙热闹的景象并没有使工人们粗心大意。备料的工人们细心地把推料用的小车都过了磅，在称砂石时就像称白面一样仔细认真，以保证混凝土的砂石配合比例正确无误。
很多人眼熬红了，衣服被汗水湿透了，到休息时间也不肯回去休息。人们就是这样不怕困难，日以继夜地连战33个小时，终于比计划提前39个小时完成了任务。
在浇灌井字梁的任务完成以后，紧接着投入了建筑大礼堂的战斗。
为与时间赛跑，人们改变了常规，旧历除夕之夜，他们自动地放弃了回家团聚的传统，工人们冒着刺骨寒风在工地上紧张施工。
在漫天大雪，40米高空的脚手架上，工人们轮班连干三天三夜，以优异质量完成了浇灌大礼堂舞台口9米高、32米长的钢筋混凝土大梁的任务。
11月16日，万里、冯基平、赵鹏飞召集部分人开会，讨论国庆工程材料问题。
万里在会上作了重要讲话，强调要降低造价。他说：
前一阶段强调解放思想是很有必要的，它对设计技术和艺术水平的提高起了很大的推动作用；但目前的问题是存在着脱离实际、脱离群众的倾向。因此，必须注意以下四点：
要降低造价，压下不考虑经济的风气；
用材料要分两步走；
迅速确定材料，并力争在时间容许的条件下讲求艺术效益；
在不影响质量条件下，为不浪费一吨钢、一吨水泥而斗争。
这次会议很重要，迅速纠正了设计工作中一些不切实际的过高要求。
原来，在10月29日，大会堂工程主要材料初步算出后，送交给国庆工程办公室审查。国庆工程办公室负责人赵鹏飞接到材料单报表后，仔细查看各项工程的材料预算和准备情况。当他看到工程材料预算总数时，发现大会堂工程主要材料连同其他国庆工程一起，所需数量出乎意料的多。
这个问题引起赵鹏飞的高度重视，因为国家建委此时对大会堂工程的造价和建筑面积抓得很紧，要求每平方米造价不得超过500元，总造价不得超过8400万元，面积控制在16.8万平方米以内。
赵鹏飞迅速将这一情况反映给万里，并在10月31日组织国庆工程设计领导小组，专门召开会议讨论材料问题，要求重新复核品种数量和清单，并要求尽可能少用花岗岩、大理石。
万里得知情况后，要求各国庆工程设计组对设计需要进行一次复查和讨论，不要好高好大，脱离实际，必须十分注意节约材料和控制造价，要为节约每一吨水泥、钢材而奋斗。
根据万里的指示，设计组又重新对自己的设计方案作相应调整。
在结构方面，设计组决定采用单独基础和刚性连续梁基础相结合的办法，降低原设计的钢性基础地梁厚度的三分之一，基础垫层厚度也从40厘米改为25厘米；在不影响质量的前提下，钢筋混凝土基础从原来的6万立方米减为4．5万立方米。仅此一项就节约混凝土1．5万立方米，同时还使全部基础施工提前了10天，节省了6万个工日。
其他设计专业组，也同11月13日成立的科技委员会进行认真讨论，降低了原来设计过高的要求。比如：暖卫方面降低了温度和湿度的要求；照明方面把拍电影和经常使用的光源分开设计，以节省用电等等。
由于各级领导人抓得很紧，在设计工作中杜绝了一些不切实际的过高要求，节约了国庆工程的材料费用。
大会堂进入施工阶段后，周恩来总理亲自过问。
工程总指挥部打破成规，研究制定了一套创造性的“三边建设”方法，即边设计、边供料、边施工的新方法。
这是因为：人民大会堂工程与一般建筑大有不同，进入正式设计、施工阶段时，问题成堆，千头万绪，错综复杂，而时间紧迫，不容反复，必须创造出一套革新的设计施工方法，才有可能在如此紧迫的期限内，完成这项史无前例的特殊工程。
“三边建设”办法很快就投入使用。1958年10月30日，设计单位向工地交付第一批基础施工图后，就开始陆续进驻现场，与工地密切配合，进行现场设计、制图。
大会堂工程共需挖掘土方43万多立方米，浇铸钢筋混凝土12．7多万立方米，钢结构使用型钢3600多吨，大理石、花岗岩、水磨石和剁斧石17万多平方米，琉璃瓦2.3万多平方米，通风管道26公里，动力电缆和电线45公里，照明电缆和电线670多公里。
如此短暂时间建造如此浩大的工程，又是边设计边施工边备料，这让负责施工的人心急如焚，一天到晚都在催促设计图纸。
当时，北京市建筑设计院是全国最大的民用建筑设计单位，全院职工将近1000人。但由于正值“大跃进”时期，院里的职工承接了大量的民用建筑工程设计，人力非常紧张。
设计院费了一番周折才为大会堂抽出50名设计人员。虽然日夜加班奋战，但仍不能满足施工和备料的需要。另外，施工中经常出现一些需要现场解决的问题，因此，各种矛盾混杂一起，难以理出头绪。为此，设计院的专家们将办公室搬到施工现场，边干边解决问题。然而，在施工过程中，还是不断地有各地的建筑工作者提出各种不同改进意见。
在当时，许多人还不太懂系统工程学，也没有电子计算机，工作繁杂忙乱，大家都觉得疲惫不堪。设计人员搬到工地的举措，受到工人师傅和备料人员的一致欢迎。他们有什么问题，随时就跑来问，这样解决问题是方便了，却产生了新的问题。
原来，设计人员每天忙于处理现场问题，根本没有时间画图。负责这一工程的张镈工程师更是忙得焦头烂额，身边经常围着一大帮人，一个问题还没有处理完，就有人插嘴问另一个问题。总工程师张镈感慨地说：“到工地后三天了，没有说过一句完整的话。”
面对这些困难，有一些设计人员提出搬回设计院，因为实在无法画图，这样会严重影响工程进度。
沈勃和甘东商议后，作出决定：为了把这项工程搞好，不但不能搬回设计院，还要把设计人员下分到各分指挥部，要与施工部门密切配合，把设计工作做好。为此，他们又作那些要求搬回设计院人员的思想工作。
整个设计院的政治思想工作，由建筑设计院政治部副主任甘东负责。这种集中领导、分工负责，密切了和施工部门的关系，了解情况比以前深入了。由于许多施工方法能直接和工人商量，加快了出图速度，对各项工作又按照轻重缓急做了适当安排，也就使工作不那么忙乱了。
在设计过程中，遇到的最大困难是万人礼堂的空间处理问题，因为这个能同时容纳一万人的礼堂，空间实在庞大，单观众部分：深60米，宽76米，高达32.5米，简直可以装进整个天安门城楼，如此高大的空间。
这样大空间如果处理不当，就必然直接会影响到每个与会者的心理情绪，因此，空间处理的好坏直接关系到设计的成败问题。
因为一般建筑物的空间，大多是由顶棚，地面，四面墙体六个平面相交，形成一个有棱有角的长方形立方体空间。如果万人礼堂，也同样处理，人在如此高大的空间内必然会觉得单调乏味。
在西方，传统的教堂建筑有意识地将礼拜堂做得高大，前面神坛又做得高耸尖挺，使信徒们参拜时一进教堂就心理上觉得自己十分渺小，而上帝则高高在上显得非常神圣高大，这是一种以物质为主，“物使人从”的手法。
而我们的人民会堂是“人民”的大会堂，就必须充分体现出人的主体性，为此，万人礼堂决不能沿用教堂的惯例做成一个有棱角的长方形大空间。
这个问题一时间困扰着设计师们，更困扰着北京市建筑设计院的建筑师张镈，因为他在此次设计任务中任总工程师。在这之前，他也参与了大会堂的全部七轮设计工作。
张镈的家世颇为不凡，他的父亲就是清末两广总督张鸣岐。广州起义的起义军攻破总督府之时，张镈刚刚出生半月，多亏革命党不伤妇孺才逃过一劫。
长大后的张镈，并没有如父亲一样从政，而是拜在了建筑大师杨廷宝、梁思成等人门下，在名师的指点下，成为有名的建设设计师。
担任大会堂的总建筑师，自然代表着荣誉，却更意味着艰难，他深知自己肩上的重担，他觉得自己必须拿出浑身的智慧和才能，设计好人民大会堂。
周总理10月14日审定的方案其实只是个“轮廓”而已，17万平方米人大会堂的内部结构还几乎是一片空白。
为赶在十周年大庆前完工，大会堂是“边设计、边供料、边施工”，而张镈落在图纸上的每一笔都将立即被付诸实践，因此，要是他的每个小小的疏忽都可能是致命的隐患。
可是，大会堂不是一般的建筑，很多特殊的设计要求，是身为建筑师的张镈之前不可能去考虑的，他必须在不断摸索。
大会堂刚一动工，当时兼任全国人大常委会秘书长的彭真就派助手找到张镈，对大礼堂的设计提出具体要求。彭真要求全国人大的正式代表在3500人左右，他们必须全部坐在大礼堂的一层，且每个座位都要配备桌子或者放文件的设施。
张镈打开周恩来审定的那张设计图纸，马上发现彭真的要求不可能实现。因为在图纸上，万人大礼堂被设计成圆形，按每个座位最少占0.9平方米计算，大礼堂的第一层最多能容下2750个座位，与彭真要求的3500个相差甚远。张镈立刻拿起图纸找到赵冬日，想商量在大礼堂的形状上做些修改。
赵冬日的回答却给了张镈当头一棒：“圆形是周总理亲自定下来的，轻易不好变动。”
接着，赵冬日给张镈出了个主意：“一层观众席压缩每座0.9平方米的硬指标，再把其余的6000多个座位安排在三层挑台上。”
张镈一听，就知道赵冬日的建议不可行：“大礼堂是圆形，挑台自然是月牙形，这种形状越往后座位越难排列，挑台的层数不能多，否则就太高太陡了。”
一直拖到10月31日，张镈才把“三层挑台四层座位”的大礼堂平面施工图勉强做了出来，在这张图纸上，大礼堂第四层座位的俯角已经达到了“危险”的30度。
大会堂的施工速度十分惊人，到11月，就要推进到万人大礼堂的部分。如果再不更改设计，观众席很可能成为大礼堂最大的一个安全隐患。
张镈心急如焚，却无计可施。
谁也想不到，此时一个意外的发现竟成了大礼堂的“救星”。
一天，在大会堂西南角施工的工人挖出了几块鹅卵石。最初谁也没在意，不料挖出的石头却越来越多，渐渐地，一条古老的河道竟显现在大家面前。
据侯仁之先生考证，这条两度“神秘”出现在天安门广场上的古老河道，就是辽、金时期的永定河故道。由于一时找不出防沉降的有效方法，大会堂工程被迫暂停了。
施工的停滞为张镈赢得了宝贵的时间。就在大家着手制定防沉降措施的这几天里，市建院院长沈勃陪同彭真从外地回到了北京。
张镈向沈勃诉说了自己的苦恼。沈勃告诉他说：“其实，所谓周恩来总理‘圆形大礼堂’的指示，是个误传。总理作指示的时候我就在当场，其实，周恩来的原话是‘后墙两侧用圆角向前围合’，并没有具体要求做成某种形状。”
看到张镈硬着头皮做出来的方案，沈勃断然否决：“体育场把看台做成27度的俯角就已经很陡了，30度的角，肯定不行！”
沈勃立即叫来赵冬日和相关建筑师，重新商议大礼堂的观众席设计。最后大家决定挑台控制在两层比较合适，不够的座位，则用取消一层部分过道的方法“找”回来。观众席的平面形状也改为接近扇形的样子。
此时，永定河故道上的防沉降措施已经做好，大会堂的施工摆脱“出师不利”的阴影，继续以惊人的高速推进了下去。
大会堂17万平方米的建筑面积，一个万人大礼堂就占去了将近二分之一，一个几乎能装进整个天安门城楼的大屋子如何在保证顶棚绝对安全的同时，还不让人产生压抑感呢？几乎所有相关领域的专家都对此无计可施。无奈之下，12月初，张镈又一次敲开了西花厅的大门。
听罢汇报，周恩来陷入了沉思。周恩来总理比任何人都清楚，不消除巨大空间给人的压抑感，大礼堂就会是个失败的设计。
片刻之后，周恩来忽然开口，轻轻吟诵了两句诗文：“落霞与孤鹜齐飞，秋水共长天一色。”
见张镈一时摸不到头脑，周恩来笑了：“人站在地上，并不觉得天有多高，站在海边，也不觉得海有多远。‘落霞孤鹜’这一句，应该对我们有所启发。为什么不从水天一色的意境出发，去做抽象处理呢？”
说得兴起，周恩来一边打着手势，一边拿过纸笔描画起来：“大礼堂四边没有平直的硬线，有点类似自然环境的无边无沿。顶棚可以做成大穹隆形，象征天体空间。顶棚和墙身的交界做成大圆角形，把天顶与四壁连成一体。没有边、没有沿、没有角，就能得到上下浑然一体的效果，冲淡生硬和压抑感。”
周恩来的话让张镈茅塞顿开，最难解决的设计问题很快就迎刃而解了。
工程正式开工后，首先就遇到地基处理、结构方式和材料准备等问题。
10月30日，经张鸿舜和沈勃研究，他们提出扩大组织科学技术工作委员会的建议，旨在解决建设中牵扯到多方面的科学技术问题。他们打算除邀请国家科学院以外，还邀请建工部建筑研究院、北京市建筑设计院、建工局级各大学的专家、教授参加，并请建筑研究院的王之力院长担任起该委员会的组织领导工作。并将此意见请示万里、赵鹏飞同意。
11月13日，科学技术工作委员会正式成立，下设7个专门委员会。具体召集人员如下：
主体结构专门委员会召集人：建研院的朱兆雪、何广乾；
地基基础专门委员会召集人：勘测处的张国霞、建研院的黄强；
施工专门委员会召集人：建工局局长钟森、建工局的徐仁祥、黄浩然；
材料专门委员会召集人：建材局局长蔡君锡、建研院的沈文论；
采暖通风专门委员会召集人：建研院的许照、汪善国；
建筑物理及机电设计委员会召集人：建研院的马大猷，胡麟、吴华庆、董天铎；
建筑装饰委员会召集人：美协的刘开渠、建研院的王华彬。
由于工期紧迫，第一线设计施工人员的现场工作十分紧张，无暇顾及需要研究的关键性疑难问题，科学技术委员会对这些问题都一一进行解决，在设计、施工及材料的准备工作方面发挥了巨大的作用。
施工初期，由于缺乏大兵团作战经验，生产秩序出现混乱现象。
工地上单位很多，光施工单位就有30多个，工人达到1．4万多人。工人们每天交叉作业，抓紧时间施工。但是，各协作单位之间、上下级之间、各专业工种之间，以至小组与小组之间，经常发生矛盾，必须及时地解决好这些矛盾，才能使工程多快好省地进行。
工程总指挥部结合施工，建立了集中领导、统一指挥、分层负责、分片包干的生产责任制度。无论是工地总指挥部、分指挥部还是工段三级指挥机构，都积极配合施工队伍配备，分区负责，按照总的计划要求，合理制定分部、分项的施工计划与施工方案，在组织管理上做到详细具体。这样，指挥机构做全局统筹，抓关键点；下级指挥机构也分清职责，可以独立进行工作。
总指挥部党委统筹安排全局，一方面编制综合施工计划，把有关的协作单位、工种组织起来，合理安排，使他们各得其所，团结奋战，以便能更多地实行多面立体地交叉工作，实行平行流水作业，以便充分利用时间和空间，缩短工程时间。
另一方面，总指挥部党委对一些不顾大局的存有本位主义思想的人，进行沟通和说服。指挥部教育干部和工人要从整体利益出发，弘扬共产主义团结奋斗、不怕艰苦的精神，为全面完成建设任务而共同努力。思想做通了，才能保证指挥统一，调度统一，工作时才能相互配合，积极支援。
张鸿舜负责总指挥；徐仁祥、刘友渔、刘导澜等负责技术。并把三个分指挥部改为四个分指挥部：
第一分指宴会厅部分，由霍景林、陈熙凤、张贻谋、李果毅负责；
第二分指大礼堂部分，由刘志贤、宋国库、冯贵成、沈洪涛负责（后来又调峰文长、李凤臣参加）；
第三分指中央大厅部分，由邵文瑞、郝九功负责；
第四分指人大办公楼部分，由周宗元、崔福长、刘导澜（后到总指挥部）负责。
工地又设立总指挥部、分指挥部和工段三级指挥机构，每个指挥部又配备施工队伍，负责到各个区，以总计划要求为中心，制定分部分项的施工计划和施工方案，从而进一步健全了组织管理工作。这样，上级指挥机构可以统筹全局抓住关键；下级指挥机构职责分明，可以独立自主地进行工作。
随后，又开展整顿劳动组织、实行四定（定进度、定质量标准、定材料、定劳动效率）到组、提高劳动效率的运动，使施工现场出现了良好的生产秩序，调动工人生产积极性，劳动效率也大大提高了。
12月22日，赵鹏飞召开紧急会议，对参战职工进行了思想疏通，以协调大兵团作战。
赵鹏飞说：“在全国大跃迸、各条生产战线十分紧张的时候，进行这样巨大、复杂的工程，任务是十分艰巨的。但有些人对此估计不足，所以存在着完不成任务的危险。”
赵鹏飞还提出“要两本帐、两条腿走路，要步步设营，分兵攻关”。他要求各施工单位要把底摸清楚；尚未加工定货的要立即安排；要充分考虑装修的人力；应采取分片包干的方法，要不光靠苦战，而要依靠科学的组织工作，分层负责，分片包干。
针对薄弱环节，指挥部加强施工组织工作。总指挥部也采用同样的方法，将整个工程按照不同施工阶段分成若干战役，每次战役又按照不同项目、工序划分为若干小战役。每次战斗进行之前，先做好准备工作；在战斗的进行过程中，领导干部除了现场指挥外，也积极加入劳动队伍当中。
为促进生产，指挥部又组织工人参加生产管理，组与组之间开展面对面竞赛，对先进小组和个人进行表彰，从而推动生产的向前发展。
小战役有其自身的特点，它时间短，目标明确，任务具体，便于发动群众和具体领导，因而更善于突击作业，带动全面工作的开展。
所以在整个施工过程中，指挥部组织上百次大小不同的战役。由此积小胜为大胜，使群众的生产热情越来越高，工程进展情况也如芝麻开花节节高。