Большое значение для дальнейшего развития карьеры Карла Федоровича имело получение права на строительство Курско-Киевской железной дороги. 24 декабря 1866 года специальная правительственная конкурсная комиссия приняла решение оставить предприятие за фон Дервизом, фон Мекком и князем Сергеем Долгоруким. Для реализации проекта было создано акционерное общество, которое по факту оказалось фиктивным. Реализация основного капитала Общества лежала на правительстве, а назначенная «поверстная стоимость» дороги намного превышала действительную.
Получалось, что дорога, выстроенная на государственные средства, на деле находилась в полном распоряжении учредителей-концессионеров, которые имели возможность уйти от ответственности, в случае необходимости. Курско-Киевская железная дорога была открыта 17 декабря 1868 года, таким образом, на ее строительство ушло два года. Льготные условия, предоставленные компаньонам при строительстве, позволили подрядчикам получить за счет казны около 6 млн рублей.
При все при этом современниками было отмечено безукоризненное управление дорогой. Сложившийся порядок получения сверхприбылей не мешал в случае фон Мекка сначала строительству, а потом и нормальному функционированию железнодорожного сообщения. Более того, новая дорога приносила 4,376 рубля с версты чистого дохода.
Получая выгодные контракты и умело организуя дело, К.Ф. фон Мекк скопил колоссальное состояние. Свои многомиллионные капиталы он держал в акциях построенных им дорог: Ландварово-Роменской, Московско-Рязанской, Рязано-Козловской, Курско-Киевской, Моршанской.
К концу жизни Карл Федорович имел звание действительного статского советника. Для сравнения: в 1860 году в России было всего 100 км действующих железных дорог, а спустя двадцать лет их было более 15 000 км. И в этом одну из ведущих ролей играл предприимчивый и активный фон Мекк.
Карл Федорович скончался от тяжелого сердечного приступа в 1876 году. В газете «Московские ведомости» была напечатана заметка, в которой говорилось, что миллионы, полученные фон Мекком, «положили начало той железнодорожной горячке, которая несколько лет волновала все общество России». Несмотря на колоссальные барыши, дороги фон Мекка были безупречны.
После смерти мужа семейное железнодорожное и промышленное дело на какое-то время перешло к его жене, Надежде Филаретовне фон Мекк, получившей его по завещанию. Несмотря на определенные неудачи, Надежде Филаретовне все же удалось избежать не только краха, но и крупных финансовых потерь.
Будучи утонченной и музыкально образованной женщиной, Надежда Филаретовна находилась под сильным впечатлением от деятельности короля Баварии Людвига II, которого в то время называли «последним европейским меценатом». Она оказывала денежную поддержку композиторам – Николаю Рубинштейну, возглавлявшему консерваторию, и начинающему Клоду Дебюсси, который учил ее дочерей музыке. Наибольшего покровительства фон Мекк удостоился Петр Ильич Чайковский. Между ними завязалась интереснейшая переписка, но личного знакомства между ними не произошло. С 1877 года Надежда фон Мекк предоставляла Чайковскому пособие – 6 тысяч рублей в год. Целью этого было предоставление Чайковскому возможности оставить преподавание в Московской консерватории и сосредоточиться на творчестве. В благодарность Надежде Филаретовне композитор посвятил Четвертую симфонию. Она из скромности не пожелала, чтобы там значилось ее имя, и он указал просто – «Моему другу».
Надежда фон Мекк скончалась в Ницце 14 января 1894 года. Оставшееся состояние, за вычетом долгов, оценивалось в 5,252 млн рублей, из которых на недвижимость приходилось 240 тысяч руб. Долги банкам по залогу акций составили 2,289 млн рублей.
С начала 1890-х годов в России вновь началось активное железнодорожное строительство. По инициативе министра финансов С.Ю. Витте произошло преобразование железнодорожных Обществ. 1 ноября 1890 года сын Карла фон Мекка Николай Карлович стал членом правления Общества, которое 1891 году было преобразовано в Общество Московско-Казанской железной дороги. Николай фон Мекк в таком юном возрасте получил возможность стать председателем правления одного из крупнейших железнодорожных обществ страны. В этой должности он пребывал в течение 27 лет, вплоть до национализации компании после революции 1917 года.
В течение всех этих лет Николай с успехом управлял одной из самых крупных железных дорог России. За первые девять лет его управления протяженность Московско-Казанской железной дороги увеличилась в девять раз. А за 50 лет существования Общества (с 1863 года) протяженность его линий и вовсе увеличилась в 13 раз. Результатом деятельности Общества Московско-Казанской железной дороги стало возникновение в Среднем и Нижнем Поволжье разветвленной железнодорожной сети: Рязань – Казань, Рузаевка – Пенза – Сызрань – Батраки, Инза – Симбирск, Тимирязево – Нижний Новгород.
Успешное развитие Общества обеспечивало его акционерам высокий доход. В 1890-х годах дивиденд на его акции достигал 32 %.