2006年8月4日，京沪高速铁路建设率先在在南京拉开帷幕--南京大胜关长江大桥破土动工。大桥全长约9270米，为六跨连续钢桁拱桥，桥上按六线布置，分别为京沪高速铁路双线、沪汉蓉铁路双线和南京地铁双线，其中京沪高速铁路设计时速达300公里。

南京大胜关长江大桥主跨2×336米，连拱为世界同类桥梁最大跨度，桥上按六线布置，分别为京沪高速铁路双线、沪汉蓉铁路双线和南京地铁双线;其中京沪高速铁路设计时速达300公里，沪汉蓉铁路为I级干线，客货共线，客车设计行车时速是200公里，南京地铁行车时速是80公里。钢拱桁梁全联桁架的两端240米为平弦桁架，高16.0米，节间长度12.0米的N形桁式，竖杆与线路的纵坡垂直。两个336米的主跨为钢桁拱连续梁，拱的矢高84.2米，矢跨比约1/4，拱顶桁高12米，从拱趾到拱顶总高96.2米。平弦与拱桁间设加劲弦及变高桁相连接。铁路桥面设在平弦的下弦和拱桁的系杆上，离拱趾约28米高。三个主墩的两侧各60米范围内为4个15米节间，其余的节间长均为12米，竖杆呈竖直设置。由于桥面有竖曲线，要兼顾拱跨结构的对称性，近7#中主墩的两个节间调整到15.72米，其余节间长仍为12米。

南京大胜关长江大桥是京沪高速铁路上的控制性工程，该桥位于南京长江三桥上游1550米处，规模宏大、施工复杂，是京沪高速铁路的控制性工程之一。

大胜关长江大桥是世界上设计荷载最大的高速铁路桥梁，其主桥墩承台长76米，宽34米， 厚6米，巨大的承台下面连着46根120米长的桩，根根直伸到水下的岩石中，共同支撑起万吨以上的荷载。从侧面看，主桥共有11个桥墩，双孔通航，3个主桥墩间的最大跨度达到336米，成为设计时速300公里级别中跨度最大的高速铁路桥梁。

南京大胜关长江大桥由中铁大桥局施工;大桥钢梁将由中铁宝桥股份制造，施工总承包合同价为38.6亿元。

从外观上看，大桥由3个主桥墩在湍急的江水中撑起巨大的身躯，两架组合钢拱架组成优美的"M"形，与"一"字形桥面一起，把水天一色映衬无遗。

大胜关大桥自2006年7月开工建设以来，已累计完成钻孔桩1340根，主桥各墩全部转入上部结构施工，并于2007年12月实现了两岸同时架设钢梁的目标，创造了长江上建桥的多项新纪录，为京沪高速铁路全面开工开了个好头。2011年1月，大桥正式通车。

2006年9月14日，大桥开工建设;2008年2月27日，大桥开始全面架设钢梁;2009年9月28日，大桥顺利合龙贯通;2011年1月11日，大桥沪汉蓉铁路双线正式运营。

2007年3月31日，南京大胜关长江大桥9号墩钢吊箱围堰准备起吊。

南京大胜关长江大桥首片32米箱梁在中铁大桥局南京浦口制梁场灌注成功，至此，南京大胜关长江大桥箱梁灌注工程正式启动，标志著京沪高速铁路南京大胜关长江大桥进入上部施工阶段。

南京大胜关长江大桥完成大型深水基础施工后，即将进入上部结构钢梁架设阶段。

各项施工前期准备工序有序展开，部门准备工程也同步推进。其中7号主桥墩已经开始围堰定位，8号主桥墩部分桩基先后顺利浇注完成。根据工程人员估算，桥梁主桁钢料共需约7.8万吨，混凝土约122.5万方，仅桥下的钻孔桩就多达2355根。

2009年09月28日，随着前中国铁道部部长刘志军与江苏省委书记梁保华共同触摸水晶球，京沪高速铁路控制性工程--南京大胜关长江大桥的最后一根杆件迅速吊装安装到位，自动电焊机在最后一块桥面板合龙口迅速完成焊接施工，至此大桥顺利实现合龙，该桥以"四个世界第一"再次成为了中国桥梁建设史上新的里程碑。

2011年1月11日上午，上海虹桥始发至安徽合肥、湖北武汉的44趟动车从南京大胜关长江大桥通过，标志着这座"世界铁路桥之最"的大胜关长江大桥正式通车。

当天零点起中国铁路执行新的运行图，南京大胜关铁路桥首次启用，多趟列车将从正在建设的南京南站驶过，南京新的高铁车站仙林站被做为临时启用的高铁站，上海虹桥至武汉、合肥方向11趟旅客列车改由大胜关铁路大桥通过，为南京长江大桥铁路桥分流，并大大减少了运行时间。由于南京长江大桥的铁路桥早已不胜负荷，所以在京沪高铁尚未通车之际，铁路部门就率先启用了这座长江下游的第二座过江通道，从而为从长三角向西行的列车打开了一条大通道。