Rząd ówczesnego Królestwa Sardynii podjął w 1857 decyzję o przystąpieniu do budowy. Głównym autorem projektu był sabaudzki inżynier Germain Sommeiller. W pracach pomagali mu włoscy inżynierowie Grandis i Gratteni. Tunel miał rozpoczynać się na wysokości 1335 m n.p.m. we włoskiej Bardonecchia, by pod przełęczą Fréjus (nieco na zachód od siodła przełęczy Mont-Cenis) przebić się na stronę francuską do miejscowości Modane.
Prace rozpoczęto po stronie sabaudzkiej, 31 sierpnia 1857 roku punktualnie o godz. 7 rano. Nieco później rozpoczęto drążenie tunelu od strony Piemontu. Drążenie sztolni rozpoczęto tradycyjnymi metodami. W skale ręcznie wybijano otwory, w których osadzano ładunki prochowe, odpalane lontem. Skruszone skały również ręcznie ładowano na wózki i odstawiano do wylotu. Roboty postępowały do przodu przerażająco wolno. W 1863, po sześciu latach prac, powstało jedynie 1646 m sztolni. Kilkakrotnie niewiele brakowało, by budowa, finansowana z funduszy rządowych, została przerwana.