A híd építésének gazdasági és politikai kérdéseit a szerződés létrehozásával és jóváhagyásával sikerült rendezni, ezután kezdetét vette az építés megszervezése és elindítása. Sina felszólította W. T. Clarkot, a híd tervezőjét, hogy tegye meg a megfelelő intézkedéseket az építkezés megkezdésére. Mivel a tervező nem tudott mindig a helyszínen lenni, így korábbi munkatársát, a kellő gyakorlattal rendelkező angol mérnököt, Youngot jelölte ki helyettesének, melyhez Széchenyi is hozzájárult. Azonban Young betegsége miatt nem tudta elvállalni a megbízatást. Ekkor jött számításba Clark Ádám, mint építésvezető. Széchenyi és W. T. Clark is ismerte a fiatal, pályafutása elején álló skót mérnököt, akit a Hunter & English cég küldött 1834-ben a Dunagőzhajózási Társasághoz, kotróhajó tervezésének és kivitelezésének lebonyolítására.

Mivel munkájával már korábban is bizonyított, így remélhető volt, hogy eleget tud tenni a megbízásnak. W. T. Clark így Clark Ádámot alkalmazta a munkálatok állandó helyszíni irányítására. 1840 tavaszán szervezték meg a híd alapozásához szükséges anyagok szállítását. A tölgyfát a szlavóniai erdőkből, a vörösfenyőt Stájerországból, a téglát Steinberger és Lechner pesti, illetve Csekő és Christen óbudai téglavetőjéből hozatták. A cementet a budai parton létesített égető- és őrlőüzemben állították elő, a szükséges márgát a bácskai Belcsényből rendelték.

Az alaptesteket jászolgát építésének segítségével sikerült lefektetni. A pillérek és a hídfők előre kijelölt helyét hármas cölöpsorral vették körül – a cölöpsorok egymástól való távolsága 1,5 méter volt –, ezek közül a kavicsot kikotorták és a réseket vízzáró agyaggal töltötték ki. Az így létrehozott létesítményből kiszivattyúzták a vizet és leástak a talaj teherbíró részéig. Ez a művelet több ezer cölöp leverését igényelte, jó részük ma is a Duna fenekén nyugszik. A cölöpök egyenként 15×15 hüvelyk (38×38 centiméter) keresztmetszetűek, 20-24 méter hosszúságúak voltak, fenyőfából készültek. Ezek végére vasrudakat erősítettek, majd 1,7 tonnás verőkossal, 6,7 méteres ejtési magassággal ütötték helyükre a cölöpöket. Leverésük darabonként körülbelül 400 ütést igényelt. A cölöpfalakat két méterenként gerendarostély-dúcolás és függőleges andráskeresztes merevítés egészítette ki. A víz sodrása ellen kőszórás, az uszadék által okozott rongálások ellen jégtörők biztosították az építmény védelmét.

1840. július 28-án verték le az első cölöpöt a budai mederpillérnél. A cölöpök leverése két évig tartott, volt, hogy egyszerre nyolcszázan is részt vettek a munkálatokban. Angliai szakmunkások (gépkezelők, vasszerelők, előmunkások – mintegy 60 család) is költöztek Magyarországra, a túlnyomórészt helybéli munkások irányítására. A külföldi munkások hetibére 24-25 Ft volt, míg a magyarok ennek a felét kapták.

Elsőnek a pesti hídfő alapgödre készült el, ahol 1842. augusztus 24-én megtartották a Lánchíd alapkőletételi ünnepségét, több száz meghívott, többek közt a nádor részvételével.

A híd pillérei a Duna medrében, teherbíró talajon állnak, az alapsík a hídfőknél 5,1 m-re, a budai pillérnél 12,6 m-re, a pestinél 7,3 m-re a nulla vízszint alatt. A mederpillérek magasabbak mint 55 m, illetve 60 m. A pillérek felmenő falazatai mauthauseni faragott gránitkővel burkoltak, amiből a pillérek jégtörő élei és a szerkezeti talpkövek is készültek, utóbbiak a merevítőtartók és a láncnyergek saruit hordozzák. A kapuzatok az azokat övező és koronázó párkányokkal a klasszicista építészet jegyeit mutatják, az acélszerkezet architektúrájával kiváló összhangban vannak.

A láncok a kapuzatok tetején lévő sarukra támaszkodnak, majd a hídfőknél kialakított föld alatti lehorgonyzó betonkamrákban végződnek. A láncok lemezkötegekből állnak; az egyes lánctagok hosszát a függesztőrudaknak az egész hídon egységes, egymás közötti távolsága határozza meg. A függesztőrudak felváltva csatlakoznak az egymás felett elhelyezett lánckötegeknek egyik majd másik egységébe.

Az öntvényeket és a láncok vasanyagát Clarkék angliai vashámorokból rendelték. A Hunter & English nevű cég szállította a lehorgonyzó sarukat (200 t) és az öntöttvas láncnyergeket, a Howard & Ravenhill a függesztőrudakat, a lánclemezeket, és a merevítő szélrácsokat (1630 t), Harvey a láncfelhúzó csigasorokat. A lehorgonyzó nyolc darab acéltömböt a bécsi Norris szállította. Az öntöttvas kereszttartók (300 t) Andrássy György dernői, más öntvények később többek közt Ganz Ábrahám (1814–1867) budai öntödéjében is készültek. A teljes, hídba beépített vasanyag összsúlya 2146 t volt.

1846. október 2-án indult az első vasanyag-szállítmány, ezt pedig rendre követte a többi. A szállítást Angliából vízi úton oldották meg, a Majnát a Dunával összekötő hajózócsatornán keresztül, melyet éppen ebben az évtizedben építtetett újjá I. Lajos bajor király. A láncok szerelésének céljára úszóállvány készült, ezen szerelték össze a láncokat, oly módon, hogy egyik végüket bekötötték a lehorgonyzást szolgáló lánckamrába, majd a láncot akkorra darabon fektették ki, amekkorát a hídnyílás áthidalása igényelt. A lánc másik végét egy, a parton álló gőzgép emelte fel a pillér tetejére láncfelhúzó csigasor segítségével. Ez a szerkezet akkoriban újdonságnak számított mind műszaki, mind gazdaságossági tekintetben. A partra állított gőzgép által szolgáltatott húzóerőt a csigasoron kívül görgők közvetítették a láncok végeire. A láncot két hüvelyk (51 mm) vastagságú tömbvasból kovácsolták, a gép által kifejtett húzóerő elméletben 21, a gyakorlatban kb. 30 tonna lehetett.
A budai oldalon álló pillér

A láncok szerelése meglehetősen gyorsan haladt. 1848. március 28-án kötötték be az első láncvéget a pesti lánckamrában, július 8-án már a középső hídnyílás első láncának beemelése folyt, az utolsó beszerelését július 18-án kezdték meg. Mindhárom hídnyílásban négy-négy láncfelhúzásra kellett sort keríteni. Tizenegy gond nélkül ment végbe, azonban az utolsónál baleset történt. A láncot felhúzó csigasor egyik láncszeme szétpattant, a lánc rázuhant az úszóállványra, melyet összetört, majd beleesett a Dunába. A műveletet az állványról szemlélő emberek, köztük Széchenyi István, szintén a Dunába estek. A baleset során egy munkás életét vesztette, valamint négy hét késést eredményezett a munkálatokban, mivel ennyi időre volt szükség, mire sikerült kiemelni, majd helyére tenni a vízbe zuhant hídláncszakaszt.

A szabadságharc idején az építkezés lelassult, mivel hol az egyik, hol a másik hadviselő fél akarta a majdnem kész hidat átjárhatatlanná tenni, ezzel meghiúsítva az ellenség átvonulását. Az osztrák csapatok 1849 januárjában megszállták Pestet, és a hidat a katonák számára ideiglenesen átjárhatóvá kellett tenni. Megoldásként a kereszttartókra hosszanti irányban vastag pallókat helyeztek, majd azokon január 5-én és 6-án 70 000 katona, egy lovasregiment, valamint 270 ágyú kelt át, hogy Pestet elfoglalhassa. Később, a honvéd hadsereg közeledtével az osztrákok visszavonultak Budára és megkezdték a híd felrobbantásának előkészítését. Clark Ádám a láncok lehorgonyzásának felrobbantását a lánckamra elárasztásával, a szivattyúk szétszerelésével és némely alkatrészek összetörésével előzte meg. 1849 tavaszán, a pesti Duna-part Várból történő ágyúzása során az egyik lövedék eltalálta a Lánchíd budai pillérének északi oldalán a part felőli hídnyílás első lánckötegének szélső lánclemezét. A május 21-én a hídpálya felrobbantására a hídra helyezett négy mázsa lőpor is sérüléseket okozott, nyolc kereszttartó és a csatlakozószerkezetek tönkrementek. E robbantásban életét vesztette a művelet végrehajtásával megbízott Alnoch ezredes is. Néhány héttel később a visszavonuló magyar csapatok parancsnoka, Dembinszky tábornok akarta felégetni a pályaszerkezetet, de erről Clark Ádámnak sikerült őt lebeszélnie.

Miután a két várost visszafoglalták a honvédektől, Wussin őrnagy 1849. július 11-én elrendelte a hídépítés befejezését. A dernői vasöntödében készültek az új kereszttartók, melyek hamarosan megérkeztek és a helyükre is kerültek. A pillér sérülését nem javították ki; de a sérült lemez cseréjét, amit csak a lánc tehermentesítésével lehetett volna kivitelezni, úgy oldották meg, hogy ezen lemezköteghez mindkét oldal irányából egy-egy fele vastagságú pót-lánclemezt szereltek. Ebben a kötegben így tizenkét lemez volt, míg a többiben tizenegy, illetve tíz.