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。