Самым дешевым оказалась паромная переправа. В отличие от обычных (и уже существовавших) паромов, предлагалось организовать круглогодичную навигацию с использованием двух крупных самоходных паромов ледокольного типа, способных брать на свой борт по полноценному железнодорожному составу весом в 1500 тонн. В недрах советских ведомств считалось, что такие суда будут способны преодолевать пятикилометровый участок пролива (его ширина сокращалась за счет мелководной части, которую планировалось засыпать с устройством станционных площадок) даже в условиях обычной в этих краях суровой зимы. Стоимость такого варианта оценивалась в 650 млн рублей.
Примерно в два раза дороже был проект дамбы между континентом и островом, после завершения строительства которой Сахалин фактически превращался бы в полуостров. В данном случае пролив Невельского предполагалось перегородить массивной каменной насыпью. По ее гребню шириной в 30 метров планировалось проложить двухпутную железную дорогу и автодорогу, а для пропуска через пролив судов — устроить специальный шлюз.
Наконец, третьим — и самым затратным (2700 млн рублей) — предложением специалистов было строительство через пролив Невельского железнодорожного тоннеля. В конечном итоге, несмотря на стоимость, именно этот вариант и выбрал Сталин. Предполагалось, что тоннель будет крайне дорогим и сложным объектом, но только он гарантировал бесперебойное сообщение с островом и самой суровой зимой, и в штормы, и в условиях возможных боевых действий.

Вид на Сахалин с мыса Лазарева. Где-то здесь и должен был пройти Сахалинский тоннель.
5 мая 1950 года было подписано постановление Совета министров СССР «О строительстве железной дороги Комсомольск — Победино на Сахалине, тоннельного перехода и паромной переправы через Татарский пролив». В соответствии с документом хабаровский мыс Лазарева и сахалинский мыс Погиби предполагалось связать однопутным железнодорожным тоннелем, общая длина которого превышала 10 километров, а подводная часть — 7 километров. От обоих тоннельных порталов в тайге прокладывалась железная дорога до существующих станций Комсомольск-на-Амуре (континент) и Победино (остров). Кроме этого, проект предполагал возведение всей сопутствующей инфраструктуры: котельных, электростанции и дублирующей паромной переправы. В перспективе в районе Комсомольска должен был появиться и новый постоянный мост через Амур.

В совокупности это был грандиозный по своим масштабам проект, реализовать который предстояло в глухой тайге и, как обычно это бывало со стройками, пользовавшимися пристальным вниманием Сталина, в максимально сжатые сроки. Железная дорога к обоим берегам пролива должна была быть готова к концу 1953 года, а тоннель (и регулярное железнодорожное сообщение) планировали пустить к концу 1955-го.
Понятно, что осуществить задуманное можно было лишь с помощью сил заключенных. Созданная Берией машина ГУЛАГа заработала немедленно. Уже в том же 1950 году на Сахалине было организовано так называемое «Строительство №506» с соответствующим исправительно-трудовым лагерем, а на материке — «Строительство №507». Основную рабочую силу составили тысячи досрочно освобожденных заключенных из числа благонадежных и физически крепких мужчин, обязавшихся работать на очередной «великой стройке» вплоть до истечения срока своего наказания. Такие вольнонаемные не только избавлялись от лагерного режима, но даже получали за свой труд заработную плату, поэтому отбоя от желающих поучаствовать в возведении Сахалинского тоннеля не было.

Вместе с досрочно освобожденными на стройке в проливе Невельского работали и попавшие туда по распределению с Большой земли специалисты. Речь идет преимущественно о московских метростроевцах, имевших опыт возведения тоннелей в сложных геологических условиях. А они действительно были непростыми. На материке объект начинался в устойчивых скальных породах, однако базальт быстро уходил на глубину — проходчиков ожидали насыщенные водой пески и суглинки под дном пролива. Проблем должны были добавить и агрессивная соленая среда, и высокая сейсмоопасность в районе строительства.
Впрочем, преодолевать все эти тернии почти 30 тыс. собранных на объекте строителей так и не пришлось.