Dans l'avant-projet de tunnel sous la citadelle, présenté par l'ingénieur des Ponts et Chaussées Rascol et déclaré d'utilité publique en 1875, la dérivation s'inscrit entre une porte de garde à l'amont (n° 50 bis) et une écluse de garde à l'aval (n° 50 N), établie partiellement en souterrain et partiellement à ciel ouvert. Côté amont, le souterrain à voie unique, long de 391, 25 m, est précédé d'une tranchée muraillée : tous deux associent à la cuvette de la voie navigable, large de 6 m, une banquette de 3 m sur le côté gauche destinée au chemin de halage et suffisante pour le passage de 2 chevaux de front. Cet avant-projet est approuvé par l'ingénieur en chef Maurel qui y apporte quelques modifications mineures, notamment le relèvement de la hauteur de la voûte du tunnel, et par le Conseil général des Ponts et Chaussées, lequel souhaite que la largeur du chenal soit portée à 6, 50 m au détriment de la banquette de halage, réduite à 2, 50 m. Le ministre de la Guerre refuse ce dernier point et demande la réalisation le long du chemin souterrain de gares d'évitement destinées à permettre à des voitures d'artillerie attelées de se croiser ou de stationner (malgré l'opposition de l'ingénieur en chef, une sera creusée vers l'extrémité aval). La construction du tunnel est comprise dans l'ensemble des travaux adjugés le 2 juillet 1878 à Jacques Troglia, entrepreneur italien établi à Lausanne. Elle débute dès 1878, fait appel aux explosifs et s'organise à chaque extrémité en deux chantiers, le premier attaquant la moitié supérieure du rocher et le second, derrière lui, enlevant la moitié inférieure. En mars 1881, le tunnel est entièrement percé. La roche se fissurant à son extrémité amont, où les risques d'éboulement sont encore accentués par les travaux de la voie ferrée Besançon-Morteau qui passe au-dessus, un habillage en maçonnerie (non prévu à l'origine) doit être exécuté et la tête est revêtue de pierre de taille (venant peut-être des carrières de la Malcombe ou des fouilles du souterrain). Mis en eau le 30 mars 1882, le tunnel est inauguré le 30 avril (la date 1882 est inscrite sur la tête amont).