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1954年1月15日，周恩来主持召开了政务院第二〇三次政务会议，决定召集全国优秀人才，组建铁道部新建铁路工程总局武汉大桥工程局。
此时，根据“一五”计划，武汉长江大桥的筹建工作正在紧锣密鼓地进行着。
为了修这座桥，周恩来亲定大桥建设蓝图，责成国家8个部委调集全国力量，为长江大桥建设服务。这次组建的新建铁路工程总局武汉大桥工程局，就是后来的中铁大桥局集团有限公司前身。周恩来的这个决定，至今影响着中国桥梁事业的发展。
会议正式讨论通过《关于修建武汉长江大桥的决定》，定下武汉长江大桥的清晰未来：
桥型选为公路与铁路两用桥，公路位于上层，铁路双线位于下层。
桥下净空，在最高通航水位以上18米。
初步设计，工程总概算1.35万亿元。
任命彭敏为大桥局局长，中共武汉市委书记王任重兼任政治委员。
同时，这份决定上还批准了初步设计和工程概算，以及1958年底铁路通车和1959年9月底公路通车的竣工期限。
2月6日，《人民日报》特为长江大桥的修建发表题为《努力修好武汉长江大桥》的社论，文中特别提到：
武汉长江大桥的全部工程还将用自己的材料，由我国自己的人力来建设。
社论号召全国人民支援大桥建设。自此，修建武汉长江大桥的序幕正式揭开。
同年2月，大桥局从地质部、水利部和铁道部抽调有实践经验的地质钻探人员和行政管理人员，联合组成武汉长江大桥地质钻探队。
地质钻探队为彻底弄清长江武汉段及其两岸的地质情况，选定合理的桥渡线，给大桥技术设计和施工方案提供可靠的地质资料，在1950年初步勘测的基础上，开始进行河槽及其两岸的地质评查。
1954年，是武汉长江大桥工程的一个艰苦的年代，也是一个重要的年代。在这一年内，长江和汉水出现了近百年来所仅见的特大洪水，冬季又因出现了几十年来所少见的严寒，原本没有冰封期的的汉水，也结上很厚的冰层。
然而，桥梁建设者并没有被这些原来不曾预料的困难所吓倒。在洪水滔天的日子里，工人们要不断地清除江面上妨碍钻探工作的巨大漂浮物、芦草和毒蛇。曾经有一天，他们在钻探船上捕杀了100多条毒蛇。在1954年的最后几天零下15度的严寒中，钻工们也没有让钻机停止转动。
自1954年初夏至1955年1月，参加大桥地质钻探的人们认真进行了几个桥渡线比较方案的钻探，共钻了103个钻孔，钻进江底覆盖层和岩层3300多米，取出了大量的岩芯，圆满完成了武昌黄鹤楼和汉阳龟山之间的地质评查。
由于掌握了大量的地形、地质和水文、气候等重要资料，长江大桥的设计与施工，就有了高度的科学理论根据，使技术人员能在短期内完成建设长江大桥的技术设计。
武汉长江大桥位于龟山与蛇山之间，桥址区地质情况较为复杂。武汉一带过去为长江中游与洞庭湖相连的巨大沼泽地带，地势低洼，古称云梦泽，以后逐年淤积，渐成陆地。
长江几经改道，最终在龟山蛇山之间形成固定河道，呈“龟蛇锁大江”之势，两山之间天然河床狭窄，江面宽度仅为1126米，地形上似是个天然桥址。
经地质调查和钻探，冲断层、逆掩断层、倒转向斜构造及地堑等都通过桥址区，向斜构造沿着纬度的轴向在桥址处形成一个倒转的折皱，岩层接近直立，折皱隆起部在地面形成了两个山脉。
龟蛇两山不属同一山脉，武昌的蛇山与汉阳的凤凰山是南支，汉阳的龟山是北支。桥址的选择主要在这两支山脉范围内进行工作。
航运情况，长江自武汉市至吴淞口段，高水位时能通行万吨轮船，低水位时亦能通行3000吨轮船，汉口至宜昌段，高水位时能通行3000吨轮船，低水位时能通行1000吨轮船。
关于桥址线，当初共提出8个方案可分成两类：
一类为顺着南支山脉或顺着北支山脉；另一类为跨过地质折皱，从一个山脉跨到另一个山脉。
经比较，第一方案武昌岸引桥过长江中岩盘过深；第三方案经钻探，靠近汉阳凤凰山的3个桥墩，因断层关系位于承载力极低的页岩上，均被否定了。
初步设计以第二、四两方案为建议桥址线，鉴定时提出两者的修正案，即第五方案。因第五方案的七号墩正位于破碎的炭质页岩上，又提出了第六、第七方案，打算使七号墩躲开岩质页岩，经钻探未达预期目的，因此放弃。
第八方案引桥长且要跨过藕湖，工程量大，且石灰岩溶洞多，也放弃了。
经反复研究，第五方案造价省，与水流交角稍大，但无太大影响，仅遗留七号墩炭质页岩问题需处理，经反复讨论研究，可采用高压射水送桩的钢筋混凝土管桩基础。
1955年1月15日，国务院召集交通部、水利部、铁道部在汉口举行桥址选线技术会议，最后决定，采用第五方案桥址线，即现桥址线修建大桥。
另一方面，在修建大桥的过程中，周恩来一直关心大桥建设，如在大桥桥头堡设计方案评选上，他都亲自参与评审。
在周恩来等党中央领导的关怀和支持下，大桥局参战员工克服了艰难险阻，只用了两年零一个月时间，就在水深流急、风高浪大的江面上铺设了第一条宏伟壮丽的长虹。
大桥局刚成立的时候，就10来个人，画个线路图，连个黑板都没有。时光荏苒，中铁大桥局现已发展成为集科学研究、勘测设计、工程施工、机械制造“四位一体”的大型企业集团，以建桥“国家队”的身份，活跃在中国内河、沿海，以至国际建桥市场。
在建设南京长江大桥的时候，大桥局曾经将机关都搬至南京时，还有将总部搬迁到北京的呼声。但由于周恩来敲定的大桥局当时就在武汉，因此以后的50年中，无论大桥局在全国各地承接了多少工程，依然难舍武汉情结，总部一直留在武汉。