В середине XIX века грузовой транзит по Волге и Дону заметно вырос, и пристани хутора Калач становились всё более востребованными. Сухим путём из Царицына сюда везли лес, железо и другие поволжские товары. В Калаче их перегружали на суда и отправляли в низовые станицы либо в Ростов для заграничной торговли. Навстречу этому потоку по Дону шли грузы с юга, главным образом продукция сельского хозяйства. За право возить их через волго-донское междуречье и получать серьёзную прибыль развернулась настоящая борьба между Областью Войска Донского и Нижним Поволжьем.
Памятный знак на станции Донская
Коммерческий провал Дубовско-Качалинской конно-железной дороги (1846–1852) показал, что нужна полноценная рельсовая магистраль. Её маршрут длиной 73 версты (около 79 километров) должен был соединить Царицын с донским Калачом. Первые изыскания по инициативе донского наказного атамана начались ещё в 1851 году. Саму дорогу строили в 1859–1862 годах под руководством инженера-путейца Валериана Панаева. Из-за злоупотреблений подрядчика стройка сопровождалась голодными бунтами рабочих. Уже к осени 1859 года от истощения и болезней погибло около 500 человек. История попала в печать, вызвала широкий общественный резонанс, и в отношении группы царицынских чиновников началось судебное разбирательство.
Однопутная Волго-Донская (Царицынско-Калачская) железная дорога вступила в строй 5 мая 1862 года. Она стала седьмой действующей рельсовой магистралью Российской империи.
Первоначально парк дороги насчитывал 10 паровозов, 225 платформ и 16 вагонов. Из Царицына в Калач везли дёготь, железо и изделия из него, мануфактуру, зерно, рыбу, икру и стройматериалы. В обратном направлении доставляли антрацит, бакалейные товары, вино и сахар.
Железнодорожная станция в городе Калач-на-Дону
В том же году на самом хуторе Калач появился небольшой железнодорожный вокзал. Его широкая лестница спускалась прямо на берег Дона, к пристани. Станцию назвали Донской. Сегодня на её месте красуется одноэтажное здание из красного кирпича: автор проекта и точное время постройки неизвестны.
В июле 1878 года Волго-Донская железная дорога превратилась в участок Грязе-Царицынской магистрали. Та, в свою очередь, в 1893 году вошла в состав Общества «Юго-Восточные железные дороги». В 1918 году предприятие национализировали, и сегодня оно является филиалом ОАО «РЖД». В 2022 году возле вокзала был установлен уличный экран с мультимедийной экспозицией «Исторический багаж» об истории города и станции.