1952年8月1日，修建纪念碑工程正式开工。
纪念碑的碑心石，是建碑中最主要的一块大石料，称得上是中国建筑史上少有的完整的花岗岩，重达百吨，采自青岛浮山大金顶一带。采运工作历时七个半月，于1953年4月1日动工至10月16日大石料运抵天安门广场工地。7116名工人直接参加了这项工作，开采用打槽办法，运输用滚木及推土机牵引滚移。
1953年7月开采出大石料荒料尺寸：长15.3米，宽3.55米，厚2.1米，重300吨。经过第一次加工，将石料上面做平，重量减为280吨。10日大石料由开采地运至山场（半山腰平坦处）行走60米。次日下午石料放下山。经转向、翻身、第二次加工后，石料长14.7米，宽2.92米，中间厚1.0米，两边厚0.8米，重量为102吨。
8月19日，大石料由山场起运，经过4个村庄、一个山岭、十余处桥梁及交通最繁华的市内街道，行程15公里，9月27日安全到达车站（空军油库）。9月28日，在青岛车站，采用铁道滑动方式，将大石料装上东北电业管理局丰满发电厂90吨车皮。根据铁道部规定，该车载重为100吨，因此又对大石料进行了第三次加工，将石料中间厚度改为87厘米，两端厚度改为79厘米，重量为94吨，连同束车设备与垫木共重100吨。以直线20公里／小时，弯道及进站10公里／小时的行车速度开向北京，10月13日抵达北京前门西站，一路平安。三个夜晚之后，碑心石奇迹般地出现在天安门广场工地。
纪念碑浮雕石料采自北京房山的汉白玉矿。纪念碑采用了钢筋混凝土筒体，将碑座和碑身各部分石块牢固地拉结浇注在一起。碑心石正、背面的题字都有阴文镌刻在石面上，然后采用中国传统的镏金方法，做成钢胎金字镶嵌进去。碑题、碑文共用黄金130余两。整个纪念碑用1.7万多块花岗岩和汉白玉砌成。
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