堤康次郎は、「元来土地の開発と交通機関とは、不可分の関係にある」と考えていた。大泉学園計画においては、武蔵野鉄道（現在の西武鉄道池袋線）の株式を取得し、一九二四（大正一三）年一一月に東大泉駅（現在の大泉学園駅）を設置し武蔵野鉄道に寄付した。また国立大学町計画では、中央線の国分寺・立川間に国立駅を新設した。
　二つの学園都市計画では既設の路線に駅を新設したが、国分寺大学都市の分譲予定地は中央線の国分寺駅、西武鉄道の小川駅からかなりの距離があるため、当初より鉄道の新設を織り込んでいた。
　箱根土地が小平村の開発に着手した頃、北多摩郡東村山村、大和村にまたがる狭山丘陵では村山貯水池の完成が目前に迫っていた。村山貯水池は、東京市の人口増加に対応して水道用水を確保するために一九一六年に工事が開始された人造湖である。同時にそれは新たな観光地となることが期待されており、宅地開発に加えて観光開発をも目的として鉄道敷設が計画された。路線は中央線国分寺駅から小金井桜の土手通り、学園都市を貫通し、東村山を経由して村山貯水池に至るというものだった。
　箱根土地は手はじめに一九二五年一〇月に中央線国分寺駅前と西武鉄道小平駅前を結ぶ鉄道敷設免許を取得し、次いで一九二七（昭和二）年一一月に萩山・村山貯水池間の鉄道敷設免許を取得した。翌年一月、箱根土地は子会社として多摩湖鉄道株式会社を資本金一〇〇万円で設立し、鉄道敷設権を譲渡した。

図3－4　多摩湖鉄道　1928年
小平市立図書館所蔵

　一九二八年四月に国分寺駅―萩山駅間が、同年一一月には萩山駅―本小平駅間が開通した。そして一九三〇年一月に萩山―村山貯水池間の工事が完成し、多摩湖鉄道が全線開通した。なおこれにより、国分寺駅―村山貯水池間が本線となり、萩山駅―本小平駅間は支線に格下げされた。この時点で本線の駅は、国分寺・桜堤・小平学園・青梅街道・萩山・村山貯水池の六駅であった。多摩湖鉄道は国産初のガソリン動車を導入したが、故障と振動が激しかったため、一九二九年末の株主総会で全線の電化を決定した。直ちに工事に取りかかり、一九三〇年四月に国分寺駅―村山貯水池間の電化が実現した。