In 1892 werd de frequentie van de spoorlijn Utrecht - Zwolle verdubbeld en in 1898 werd de spoorlijn naar Baarn in gebruik genomen, gevolgd in 1901 door de spoorlijn naar Zeist. De goede bereikbaarheid heeft de aanleg van villaparken gestimuleerd. Op 11 april 1899 vroeg mr. J.E. Ameshoff, seceretaris van de Nederlandsche Centraal Spoorweg Maatschappij (NCS), vergunning aan voor de bouw van een villa die lag ten noorden van het spoor. Die villa was op 8 mei 1900 voltooid en kreeg de naam 'Villa Ensah'. Ten zuiden van de spoorlijn werden er na 1900 langs de Soestdijkseweg, de Prins Hendriklaan en de Nachtegaallaan diverse grote villa's gebouwd die deel uitmaakten van Park Vogelzang. Na 1906 bouwden W.S. van der Sterre en J. van As daar kleinere villa's voor de middenklasse. Langs de huidige Julianalaan en het Emmaplein werden winkels gebouwd en ook een postkantoor. Na 1910 ontwikkelden zich diverse villaparken ten noorden van de spoorlijn. In 1911 werden de plannen ontwikkeld voor de Biltsche Duinen (Jan Steenlaan e.o.) en Drakenstein (Bilderdijklaan e.o.). In 1917 kreeg de nieuwe woonkern de naam Bilthoven. Na 1918 werd ten oosten van de Soestdijkseweg noord het Oosterpark (Componistenbuurt) gerealiseerd. Villapark Ridderoord (Hobbemalaan e.o.) werd in dezelfde tijd gebouwd ter weerszijde van de Gezichtslaan.
Voor veel mensen die zich in Bilthoven vestigden was de goede bereikbaarheid per trein van belang. Bovendien was de grondprijs laag. In de jaren twintig was de bebouwing in Bilthoven al sterk uitgebreid. Er waren diverse scholen en kerken. Ook het aantal winkels groeide gestaag, niet alleen langs de Julianalaan en het Emmaplein maar ook langs de Bilderdijklaan en de Van Dijcklaan. Ten zuiden van de Boslaan werd rond 1918 het park Overbosch gecreëerd. Langs de Overboslaan en de Parklaan werden kleinere villa's en middenstandswoningen gerealiseerd. Ook de wijk Tuindorp kwam in die tijd tot ontwikkeling. De winkeltjes waren veelal te vinden langs de Oude Brandenburgerweg.