As localidades em que a linha férrea tem que vencer importantes diferenças de nível, em distâncias relativamente curtas, são as seguintes:

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Serra de Friburgo - A parte conhecida por seção da serra, na linha de Cantagalo, começa na estação da Boca do Mato, 81 quilômetros distante de Niterói, e se eleva de 856 metros numa distância de 12 quilômetros, até a estação Theodoro de Oliveira, a 1.078 metros acima do nível do mar. A rampa mais forte neste trecho é de 9% e as curvas mais apertadas são de 34 metros de raio. Nesta seção foi primitivamente usado o sistema de tração férrea Fell, empregando-se material proveniente da estrada de ferro do Mon Cenis; desde 1883, porém, trabalha esta seção com sistema comum por aderência, havendo entretanto um terceiro trilho entre os dois outros, para aplicação de um freio, centralmente colocado, nas locomotivas e nos carros, o qual abraça os dois lados deste trilho central. O gasto por fricção, nos blocos de ferro fundido, desse freio, é muito grande, tendo eles de ser substituídos depois de cada viagem serra abaixo. A bitola desta linha é de um metro, estabelecida com trilhos de aço de 66 bb., assentes sobre dormentes de madeira de lei. As locomotivas usadas nesta serra são de um tipo especial e em número de 8. Têm 6 rodas, tipo conjugado, cilindros de 18" x 20"; rodas de diâmetro de 39", uma base total em rodas de 9'8" e um peso, em ordem de marcha, de 42 toneladas. A carga máxima, em trem, que estas locomotivas podem puxar serra acima, é de 42 toneladas. A composição dos trens que descem a serra é limitada a 5 carros de passageiros ou a 8 pranchas, ou carros de mercadorias; isto é devido ao risco de virar o trem nas curvas e curvas reversas (curvas em S) de pequeno raio, caso fosse o freio central, em qualquer dos vagões, impropriamente aplicado. O freio central é operado por um corpo especial de guarda-freios, sendo cada veículo acompanhado por um guarda-freio no trânsito pela serra. Todas as locomotivas são providas de dois freios centrais, além do seu freio por vácuo Eemes, aplicado a todas as rodas conjugadas.

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Serra de Petrópolis - Esta linha férrea com cremalheira forma uma seção da linha que liga o Rio a Petrópolis. A linha de cremalheira começa na Raiz da Serra, no km 16,354 da linha Grão Pará, e se eleva de 810 metros até o Alto da Serra, estação que fica a 841 metros acima do nível do mar, em uma distância de 6.104 quilômetros, sendo a rampa mais forte de 19% e o raio mínimo das curvas de 150 metros. O sistema usado nesta serra é o sistema de cremalheira Riggenback. Para a tração neste trecho existem 17 locomotivas de cremalheira, 7 capazes de levar serra acima uma carga de 28 toneladas em trens de passageiros e 35 toneladas em trens de mercadorias, e 10 capazes de levar cargas de 24 e 26, respectivamente, em trens de passageiros e trens de mercadorias. O peso das mais possantes destas máquinas é de 24 toneladas e os seus cilindros são de 13 3/1" x 19 11/16%. O tráfego de passageiros entre o Rio e Petrópolis é muito considerável: na seção da linha em cremalheira torna-se necessário dividir o trem em seções, que não excedam um peso bruto de 28 toneladas; foi portanto necessário empregar um tipo de carros para passageiros em que a totalidade da força de impulso da locomotiva fosse aproveitada, carregando ao mesmo tempo um número máximo de passageiros num peso mínimo de tara para cada carro. Os carros têm 42'10½ na linha dos pára-choques, 26' 7½" entre os centros dos trucks, com uma largura de 8'8½" e 8'11½" por fora das guarnições. A sua tara é de 13 toneladas e 7 quintais, ou 750 libras por passageiro; tem assentos para 40 passageiros, podendo os encostos destes ser voltados num e noutro sentido; são estofados em palhinha e ao mesmo tempo frescos e confortáveis. A estrutura inferior e o assoalho são construídos de pinho de Riga e madeira nacional, de modo a combinar a maior resistência com o menor peso possível. O interior dos carros tem um acabamento bonito e simples em madeira de carvalho.

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Serra das Bicas - O alto desta serra fica situado no quilômetro 158 da linha da Serraria, um pouco além da estação de Bicas, e a linha desce deste ponto, que fica a uma altitude de 605 metros acima do nível do mar, a uma altitude de 336 metros em uma extensão de 16 quilômetros, com a rampa máxima de 2½ por cento e o raio mínimo para as curavas de 62 metros. O tráfego nesta serra é feito com o tipo comum de locomotivas usado no resto das linhas da companhia.

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Serra de São Geraldo - A subida desta serra começa exatamente a partir da estação de São Geraldo, no quilômetro 404 da linha central de Porto Novo; a linha sobe em zigue-zague ao longo da encosta da montanha, sendo em muitos pontos possível avistar do trem a parte da linha já percorrida, em três diferentes níveis. O alto da serra é atingido no quilômetro 426, que fica a 741 metros acima do nível do mar, sendo de 368 metros a diferença de nível vencida na serra. A rampa máxima é de 2½% e o raio mínimo das curvas de 62 metros. O tráfego nesta serra é feito com o tipo comum de locomotivas, usado nas outras linhas.

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Serra de Capivary (Palma) - Da estação da Palma, no quilômetro 296 da linha de Muriaé, que fica a 731 metros acima do nível do mar, esta linha sobre 195 metros em uma distância de 10 quilômetros, terminando a rampa de 2% em um túnel de 320 metros de comprimento. O raio mínimo das curvas é de 75 metros e o tráfego é feito com o tipo comum de locomotivas.

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Prolongamento de Moniz Freire - Este importante trecho de 80 quilômetros ou 50 milhas, ligando o Rio de Janeiro à cidade de Vitória, havia já sido começado a construir do lado de Vitória, pelo governo, em direção a Mathilde, há cerca de 10 anos passados; sua construção, porém, estava abandonada. Foi recomeçada pela Leopoldina em janeiro de 1908 e aberta ao tráfego misto em 18 de julho de 1910. Partindo de Moniz Freire, 34 metros acima do nível do mar, a estrada gradualmente se eleva até a garganta Guiomar, a 786 metros de altitude, e novamente desce a 515 metros em Mathilde. Para atingir esses elevados níveis, a linha é obrigada a fazer várias curvas, em forma de S, de grande extensão e através floresta virgem. O raio mínimo das curvas é de 100 metros e sua rampa mais forte é de 2½%, isto, porém, só em uma extensão de 10 quilômetros, havendo entretanto 33 quilômetros em rampa de 2%. A linha se enrosca montanha acima, beirando precipícios; e as pontes, viadutos e túneis são em número considerável relativamente à sua extensão. O movimento total de terras nestas 50 milhas de linha férrea foi de 2¼ milhões de metros cúbicos, equivalentes a 28 metros cúbicos por metro de percurso. Esse movimento enorme dá uma idéia da magnitude desta obra, quando se sabe que em regra o movimento de erras previsto em construção de estradas de ferro é comumente de 10 metros cúbicos por metro de percurso; e mais ainda quando se nota que destes 2¼ milhões 130.000 metros cúbicos eram rocha granítica, não incluindo o enorme número de pedregulhos soltos que foi preciso remover em ameaçadores precipícios. Existem 5 viadutos em curva com vãos de 15 metros, uma ponte com 4 vãos de 30 metros e inumeráveis outras pontes e pontilhões com vãos variando de 5 a 20 metros, além dos pequenos pontilhões e canais para o escoamento das águas. Existem nesse trecho 5 túneis, com um comprimento total de 403 metros, um dos quais vara um morro de estrato curioso, tendo uma crosta de sílica pura, na forma de uma areia grossa, de um branco brilhante. É conhecido pelo nome de Morro do Sul. Há no trecho três estações: Mathilde, Guiomar e Virgínia. O período de dois anos atribuído à construção exigiu esforços muito grandes e trabalho contínuo noite e dia. Debaixo do ponto de vista estratégico, devido ao fato de ligar o porto do Rio com o porto de Vitória, tendo agora um bom e regular serviço de trens com carros-restaurantes e carros-dormitórios, esta linha é da maior importância.