Первая стационарная паровая машина сконструирована Черепановым - старшим в 1824 г. Эта машина,мощностью в 4 л. с, применялась на мукомольной мельнице Нижнетагильского завода. Затем Черепановы построили 30 - сильный паровой двигатель на медном руднике и еще несколько крупных паровых машин. На Выйском заводе Черепановы создали замечательное механическое заведение, которое обслуживало всю группу демидовских заводов. Там, под руководством Черепановых и по их чертежам, изготовлялись разнообразные двигательные и рабочие механизмы, в том числе оригинальные токарные, сверлильные, винторезные, штамповальные и иные станки. Так, еще прежде чем Черепановы приступили к постройке своего первого паровоза, они создали машиностроительную базу для выполнения этой ответственной задачи.
В то время в русской печати усиленно обсуждался вопрос о паровых железных дорогах и паровых повозках. Черепановы бывали в Петербурге и знали о вопросах, занимавших поборников новой техники. И вот они решили создать «паровую телегу» (или «пароходный дилижанец», или «сухопутный пароход» — под этими наименованиями фигурируют паровозы в переписке того времени). К постройке первого паровоза Черепановы приступили в 1833 г. Им приходилось преодолевать огромные технические и организационные трудности. Не мало было в их работе и непосредственного риска. Так, в феврале 1834 г. во время пробного пуска первого в России паровоза Черепановых произошел взрыв паровозного котла, по счастью без человеческих жертв.
К августу 1834 г. удалось преодолеть все трудности, и первый «паровой дилижанец» в реконструированном виде стал ходить по первой паровой чугунной рельсовой дороге. Следует отметить, что конные рельсовые дороги применялись на русских заводах, по выражению декабриста Бестужева, «бог знает с которой поры». Особенно замечательна была конная «чугунка» П. К. Фролова, построенная на Алтае в 1806—1810 гг. Таким образом дорога Черепановых завершала длительный период развития отечественных рельсовых путей. Заводская контора особым ордером приказала Черепановым строить дорогу до медного рудника у подошвы горы Высокой и до Выйского завода (в 2 км от Нижнетагильского завода). Одновременно механики начали строить для Тагильской (или Нижнетагильской) дороги второй, более мощный паровоз, который, как гласили документы того времени, был к марту 1835 г. «совершенно отстройкою кончен и перепускан» и «с желаемым успехом действует».В процессе своей творческой деятельности Черепановы совершенно самостоятельно и самобытно разрешили многие конструктивные вопросы. Они создали паровоз с трубчатым котлом на 80 трубок (самый мощный стефенсоновский паровоз того времени — «Самсон» имел 89 трубок), с оригинальным механизмом обратного хода и т. д.
Имелись все технические предпосылки для того чтобы паровая дорога Черепановых вышла за пределы уральских заводов Демидовых и стала транспортным средством общего пользования. Однако для этого еще нужно было добиться систематической поддержки администрации завода, местных властей и, наконец, ведомства путей сообщения и министерства финансов. И в первую очередь надо было освободить Черепановых от других работ, чтобы они могли специально заняться железной дорогой.
Однако заводская администрация не собиралась механизировать заводской транспорт. Она предпочитала крепостную гужевую повинность «пароходным дилижанцам». Руководителей завода стало беспокоить, что талантливые механики отвлекаются от своих прямых обязанностей. В октябре 1835 г., в самый разгар работы Черепановых над паровой железной дорогой, было издано специальное «Постановление о механических занятиях в Нижнетагильских заводах». Все «механические занятия» по девяти Нижнетагильским заводом возлагались на Черепановых. Им предписывалось рассматривать, утверждать и осуществлять все вопросы, «до механической части относящиеся». А когда изобретатели не выполняли в срок какого-нибудь поручения, им объявлялись выговоры «за небрежение воли и выгоды господ хозяев». Черепановы уже не могли продолжать работать в области парового транспорта.
Еще более фальшиво-показным был интерес властей к черепановской дороге. Пермский гражданский губернатор Селастенников, как сообщалось в «Горном журнале», осенью 1834 г., во время объезда своей губернии, «удостоил сам испытания сего парохода и, проехав на оном помянутую 400-саженную дистанцию, изъявил удовольствие свое трудившемуся в устроении сего полезного для заводов предприятия». На этом попечение начальства окончилось.
Знали о дороге Черепановых и в Петербурге. С ней даже писалось в столичной печати. И тем не менее «высшее начальство» проявляло к делу Черепановых полнейшее безразличие. Весьма характерно, что посетивший Нижнетагильский завод наследник престола великий князь Александр Николаевич на чугунную дорогу Черепановых не обратил внимания.
В дореволюционной русской литературе, посвященной истории наших железных дорог, деятельность Черепановых была забыта. Лишь советские исследователи (прежде всего профессор В. В. Данилевский) восстановили историческую правду о Черепановых.