Oberste Maximen beim Bau der Brennerbahn waren Wirtschaftlichkeit und zügige Ausführung. Um diese Ziele zu erreichen, wurden die Bauarbeiten in vielerlei Hinsicht vereinfacht – jedoch ohne dabei auf Qualität oder Sicherheit zu verzichten. So ersetzte man aufwändige Viadukte durch massive Erdbauten, mächtige Stützmauern durch einfache Steinschlichtungen. Lehnenanschnitte von bis zu 45 m Höhe sowie Dämme mit Höhen bis zu 60 m machten den kostenintensiven Bau aufwändiger Kunstbauten in vielen Fällen überflüssig. Durch eine weitgehende Anpassung der Trasse an das bestehende Gelände – etwa im Silltal – konnte der Brückenbau auf ein Minimum reduziert werden. Sogar Flussläufe wurden verlegt: Das Wasser wurde mancherorts unterirdisch durch Stollen und Wassertunnel geführt. Besondere technische Lösungen machten den Bau der Brennerbahn zu einer ingenieurtechnischen Glanzleistung. Um die maximale Steigung von 25 Promille einzuhalten, waren künstliche Linienverlängerungen notwendig – ein Umstand, der zur Anlage von Kehrtunneln und zur Erschließung von Seitentälern führte: im Norden des Schmirntals (468 m), im Süden des Pflerschtals (761,30 m). „Auf der Sohle des Einschnitts wurde ein Stollen geschlagen und eine Rollbahn verlegt. An mehreren Stollenstellen wurden Schächte bis zur Geländeoberfläche emporgetrieben und zu Trichtern erweitert. Das gelöste Material fiel durch den Schacht in die darunter bereitstehenden Rollwägen, die dann abgefahren wurden. Diese Methode war rasch und billig, ist jedoch von den modernen Erdbewegungsmaschinen abgelöst worden. Bei großen Sprengungen wurden beim Brennerbahnbau erstmals auch Kammerminen eingesetzt, die bereits damals elektrisch gezündet wurden. Als Sprengstoff wurde Schwarzpulver verwendet, Dynamit war ja von Alfred Nobel erst erfunden worden. Sensationell war die erste Sprengung in Gossensaß am Fuße des Sprechensteins. Insgesamt 35 Zentner Sprengstoff wurden in zwei Sprengsätzen, verteilt auf drei Kammerminen, gleichzeitig gezündet. Die Explosion verlief trotz behördlicher Bedenken erfolgreich. An die 9.500 m³ härtestes Serpentingestein wurden aus dem Berg gelöst. 50 Jahre später war es genau diese Technik, die im Ersten Weltkrieg an der Dolomitenfront zum Einsatz kam“. (Josef Dultinger)

Eine besonders anspruchsvolle Herausforderung stellte bereits damals der Pflerscher Tunnel dar. Wiederholte Lawinenabgänge und starke Wassereinbrüche führten beim Bau des Aster-Kehrtunnels im Pflerschtal zu einer vorübergehenden Einstellung der Arbeiten. Der zuständige Bauunternehmer konnte den Auftrag nicht mehr erfüllen – die Südbahngesellschaft übernahm daraufhin selbst die Bauleitung und führte das Projekt in Eigenregie weiter.

Auch der Mühlbachtunnel zwischen Patsch und Matrei bereitete große Probleme: Hangrutschungen und eindringendes Wasser gefährdeten die Stabilität der bereits fertiggestellten Tunnelröhre. In der Folge mussten 15 Seitenstollen angelegt werden, um die notwendigen Sanierungsmaßnahmen durchführen zu können. Im Herbst 1865 schließ- lich ereignete sich die Katastrophe: Der gesamte Hang oberhalb der Bahnlinie geriet ins Rutschen und stürzte samt dem Waldbestand auf die Trasse – und weiter in die Sill. Die aufgestauten Wassermassen drohten den Weiterbau massiv zu gefährden. Da die Erdmassen wegen weiterer Rutschungen nicht beseitigt werden konnten, stellte man die Arbeiten in diesem Abschnitt ein und wich auf eine neue Tunneltrasse aus. Der ursprünglich nicht vorgesehene Tunnel musste nach einem weiteren Gebirgseinbruch zusätzlich mit einem 4,75 m starken Widerlager verstärkt werden, um dem enormen Gebirgsdruck standzuhalten.