En 1837, l'ingénieur Antoine-Joseph-Chrétien Défontaine publiait un "Mémoire sur le projet d'un chemin de fer de Paris à Rouen, au Havre et à Dieppe" (Paris, Imprimerie Royale, 1837). Il développait son projet présenté en 1835.
Il était prévu de passer par les plateaux, avec des embranchements vers Rouen, Louviers, Elbeuf, Dieppe. Il devait traverser les plateaux du Vexin puis du pays de Caux, en passant par Gisors.

Projet par les plateaux modifié en 1838

Une projet de création progressive d'une ligne par la vallée de la Seine est présenté en juillet 1835 par Didier Nicolas Riant, notaire à Paris et Conseiller Général de la Seine, associé au banquier Jacques Laffitte et à Jourdan, ancien directeur de la Caisse du trésor Public, Marc Tessier banquier à Genève, du marquis de Praslin, du comte d'Harcourt,...
Le projet a été présenté au gouvernement le 5 janvier 1836. On devait débuter par la liaison Paris-Poissy puis, par cinq tronçons successifs aller jusqu'à Rouen et au Havre.
 

Tracé par la vallée de la Seine (Réalisé)
 

Les deux projets sont soumis à l'enquête, en particulier auprès des Chambres Consulaires. Le projet par les plateaux en septembre 1835, celui par la vallée au début de l'année 1836.
Les critiques sont nombreuses.
La Chambre de Commerce de Rouen se montre hostile pour plusieurs raisons : peur que le tracé des plateaux concurrence son activité portuaire, risques pour le développement en cours de la batellerie sur la Seine. En tout état de cause, elle préfère le tracé par la vallée qui la dessert directement.
Les Chambres de Commerce du Havre et de Dieppe préfèrent le tracé par le plateau qui les met plus rapidement en relation avec le Havre et qui laisse de côté Rouen. Elles s'inquiètent de ce que la trajet par la vallée mette le débarcadère de Rouen à Saint-Sever, pratiquement au niveau du fleuve, rendant difficile l'accès au plateau, et de là, à leurs villes.
Au total, 16 chambres de Commerce sur 19 se prononcent pour le projet par la vallée.
En novembre 1836, l'administration soumet le projet des plateaux modifié à une enquête. La commission a été assez étrangement constituée. Elle comporte le banquier havrais A. Lebobe et un filateur de Gisors, Sanson-Davillier, parties prenantes dans le projet ! A force de pressions, l'administration obtient un avis positif. L'avis des commissions départemental est moins net. Trois approuvent unanimement (Seine, Oise et Seine-et-Oise), une est partagée (Seine-inférieure), une contre (Eure)
Le Parlement est appelé à en débattre. Un premier projet par les plateaux avait été déposé le 2 avril 1835. Il ne sera pas présenté en séance. Un deuxième projet est déposé le 9 mai 1837. Le choix de la ligne est laissé au concessionnaire. Là aussi, le projet ne dépassera pas le niveau de la commission. Un mois plus tard, un troisième projet est déposé (le 3 juin) Là encore, on ne tranche pas entre les plateaux et la vallée. Il est prévu de pouvoir adjuger seulement la section paris-Rouen, si aucune compagnie ne se présente pour prendre la totalité du trajet. Encore une fois, le projet n'atteint pas l'inscription en séance. Le quatrième projet, le 15 février 1938, est rejetté en séance, les députes ne pouvant s'accorder sur le mode de réalisation par l'Etat ou par des compagnies privées.
Le cinquième projet, déposé le 26 mai 1838. Le trajet a été modifié par rapport au projet d'origine. La ligne principale passe maintenant par Rouen. La loi est votée le 6 juin 1838.
Les travaux ont débuté du côté du canal Saint-Martin, à Paris. Mais une crise économique et financière frappe le pays fragilisant la compagnie.
Après une demande de modification du cahier des charges en juin 1939, la concession fut résiliée par la loi du 1er août 1839.