Le 15 avril 1857, le train de la ligne Paris à Brest arrive à Vitré. Une seconde voie en direction de Fougères est ouverte au public en 1867, et une troisième ligne vers La Guerche-de-Bretagne en 1874.

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Le bâtiment de la gare a été construit en 1855, il a la forme d’un petit château de style néo-gothique. Différents emplacements avaient été envisagés :

1. au nord de la ville, en haut du faubourg médiéval du Rachapt, direction Fougères.

2. en campagne, direction la Guerche.

3. le centre-ville leur a été préféré, au sud de la ville close, coupant la ville en deux.

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Lors de leur voyage en Bretagne, en 1858, Napoléon III et l'impératrice s'arrêtèrent quelques instants à Vitré, dernière ville bretonne visitée avant leur retour vers Paris.