Thời gian giữ chức vụ người đứng đầu Bộ Giao thông vận tải (GTVT) tuy không nhiều, nhưng dấu ấn ông để lại rất sâu đậm, đặc biệt là trên các công trình giao thông trọng điểm và những bước chuyển đổi quan trọng của ngành GTVT.
Một trong những nhiệm vụ đầu tiên của Trung tướng Đồng Sỹ Nguyên trên cương vị Phó chủ tịch Hội đồng Bộ trưởng kiêm Bộ trưởng Bộ GTVT là gấp rút chấn chỉnh tổ chức, sắp xếp lại lực lượng, nâng cao năng lực quản lý. Nhiều quyết định quan trọng của Đảng, Nhà nước đã góp phần tạo ra sự thay đổi mạnh mẽ, chấn chỉnh lại hoạt động của toàn ngành GTVT trong thập niên 80 của thế kỷ trước. “Tổng công trình sư” của những bước chuyển đổi trong ngành GTVT giai đoạn này chính là Bộ trưởng Đồng Sỹ Nguyên. Công tác tổ chức của ngành GTVT được tiến hành khẩn trương trên quy mô toàn ngành nhằm sắp xếp lại lực lượng, nhanh chóng lập lại trật tự; cải tiến dần cơ chế quản lý hành chính quan liêu bao cấp đang gây cản trở và kìm hãm sản xuất, từng bước chuyển đổi sang cơ chế hạch toán.
Tháng 2-1983, dưới sự điều hành của Bộ trưởng Đồng Sỹ Nguyên, ngành GTVT bắt đầu "sờ đến" vấn đề nhạy cảm là tổ chức. Theo đó, ngành đường sắt thành lập 5 công ty vận tải theo khu vực; giải thể các vụ, cục trực thuộc Tổng cục Đường sắt thành các ban trực thuộc Liên hiệp Đường sắt Việt Nam. Với các ngành vận tải biển, vận tải sông sắp xếp tổ chức thành các công ty vận tải theo chuyên tuyến, khu vực. Ngành xây dựng cơ bản được tổ chức lại thành liên hiệp các xí nghiệp xây dựng giao thông theo từng khu vực, làm nhiệm vụ xây dựng kết cấu hạ tầng của đường sắt, đường bộ, đường thủy... Ở các tỉnh, thành phố, các ty giao thông được chuyển thành các sở GTVT như bây giờ. Song song với việc chấn chỉnh bộ máy lãnh đạo của ngành là việc tổ chức lại sản xuất, kinh doanh và chấn chỉnh một bước quản lý các cấp. Khẩu hiệu hành động: "Năng suất, chất lượng, hiệu quả" trở thành phong trào thi đua khắp toàn ngành lúc này.
Trong thời gian này, ngành GTVT đã tập trung vào việc xây dựng các công trình trọng điểm như cầu Thăng Long, cầu Chương Dương, cầu Đoan Vĩ, cầu Mai Lĩnh, cầu Bến Thủy..., mở rộng đường vành đai Hà Nội nhằm giải tỏa ách tắc giao thông ở khu vực thủ đô. Những năm 1980, hẳn nhiều người còn nhớ, nếu đi công tác Hải Phòng, thường 15 giờ đã phải lo lắng về Hà Nội để tránh ùn tắc khi qua “điểm nghẽn” cầu Long Biên. Có thời những người công tác trong ngành GTVT ví von “cầu Long Biên là cây cầu dài nhất thế kỷ” vì thời gian để đi qua cầu. Thời kỳ này cầu Thăng Long đang gấp rút hoàn thành, từ Hà Nội qua sông Hồng lên Bắc Ninh, Bắc Giang, Hải Dương, Hải Phòng, Quảng Ninh... đều phải qua cầu Long Biên. Hay nói cách khác, cây cầu Long Biên gần trăm tuổi vẫn phải oằn mình “gánh” cả giao thông đường sắt và đường bộ.
Để góp phần thay đổi bộ mặt giao thông Hà Nội, Trung tướng Đồng Sỹ Nguyên đã "huy động cán bộ giúp việc bắt đầu hành động" (theo hồi ký của ông Vũ Phạm Chánh, nguyên Chánh văn phòng Bộ GTVT). Trong các “hành động” có việc triển khai dự án cầu Chương Dương. Sau gần 2 năm thi công, ngày 30-6-1985, cầu Chương Dương khánh thành, vượt tiến độ 12 tháng, góp phần tháo gỡ tắc nghẽn trên cầu Long Biên. Theo ông Vũ Phạm Chánh, Trung tướng Đồng Sỹ Nguyên còn quan tâm đến các công trình trọng điểm khác về hạ tầng giao thông, làm mới bộ mặt giao thông như các công trình đường sắt vào các khu mỏ Apatit (Lào Cai), mỏ than Hòn Gai, Mông Dương (Quảng Ninh)...; đặc biệt là đẩy nhanh việc xây dựng đường sắt tiêu chuẩn từ Kép (Bắc Giang) đi Cái Lân (Quảng Ninh).
Sau này, khi nhận bàn giao chức Bộ trưởng Bộ GTVT từ Trung tướng Đồng Sỹ Nguyên, GS, TS Bùi Danh Lưu nhớ lại: "Anh Đồng Sỹ Nguyên, Tư lệnh Bộ đội Trường Sơn và là một Bộ trưởng đầy tâm huyết của ngành GTVT. Anh là nhà chiến lược với tính quyết đoán mạnh mẽ, không chùn bước trước khó khăn. Anh đã để lại một nhiệm vụ vinh quang cho tôi và những người tiếp nối”. GS, TS Bùi Danh Lưu đã ôm chặt vị tướng mà ông luôn coi như người anh lớn, người đã tạo dấu ấn sâu đậm trong ngành GTVT.
Trung tướng Đồng Sỹ Nguyên dường như là “người của những con đường”. Cuộc đời hoạt động cách mạng của Trung tướng Đồng Sỹ Nguyên gắn bó mật thiết với đường Trường Sơn-Đường Hồ Chí Minh, là Tư lệnh của đường Trường Sơn huyền thoại trong kháng chiến chống Mỹ, khi hòa bình, ông là đặc phái viên của Thủ tướng Chính phủ về xây dựng đường Trường Sơn-Đường Hồ Chí Minh thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Từng có thời gian dài gắn bó trong công việc với Trung tướng Đồng Sỹ Nguyên, ông Phạm Hồng Sơn, nguyên Tổng giám đốc Ban quản lý dự án Đường Hồ Chí Minh (Bộ GTVT) chia sẻ, nói đến Đường Hồ Chí Minh thì một trong những người đầu tiên được nhớ đến, đó là Trung tướng Đồng Sỹ Nguyên. Ông Phạm Hồng Sơn nhắc đến nhiều kỷ niệm với Trung tướng Đồng Sỹ Nguyên, trong đó có câu chuyện vượt ngầm Ka Tang (Quảng Bình).
Theo lời kể của ông Phạm Hồng Sơn, chiều 10-9-2001, xe của đoàn công tác vượt ngầm Ka Tang. Trung tướng Đồng Sỹ Nguyên, lúc đó là Đặc phái viên của Thủ tướng Chính phủ về Đường Hồ Chí Minh, quyết định vượt ngầm trong khi nước lũ đang đổ về cuồn cuộn. Xe ông đi trước, xe đoàn theo sau một đoạn cách chừng 50m. Chiếc ô tô chở Trung tướng Đồng Sỹ Nguyên hùng dũng lao về phía trước, có lúc như chìm hẳn trong dòng nước rồi lại chồm lên và vượt qua được quãng đường ngầm khá dài để sang được bờ bên kia. Chiếc xe đi phía sau đến giữa ngầm thì khựng lại, chết máy. Nước lũ cứ thế dâng cao ngập cả nóc ô tô, anh em lóp ngóp chui ra ngoài, tìm cách lên bờ. May mắn không ai bị kẹt lại giữa dòng nước lũ. Thế mới thấy những người mở đường Trường Sơn-Đường Hồ Chí Minh thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa cũng phải qua biết bao vất vả, gian nan.
Đường Hồ Chí Minh đã đưa vào khai thác và đang tiếp tục được hoàn thiện. Nhiều tuyến đường huyết mạch khác của đất nước tiếp tục được mở ra, trong đó có đường cao tốc Bắc-Nam phía Đông và không ít công trình hạ tầng giao thông trọng điểm khác đang hối hả thi công. Nhìn mỗi con đường, chúng ta đều nhớ đến công lao, đóng góp của biết bao thế hệ cán bộ, công nhân viên, người lao động ngành GTVT, trong đó, in đậm bóng dáng của vị tướng huyền thoại Đồng Sỹ Nguyên.
