线路走向与既有京沪铁路大体平行，正线全长约1318km，较既有京沪线缩短约140km。
线路自北京南站西端引出，沿既有京山线，经天津新设华苑站并与天津西站间修建联络线连接；向南沿京沪高速公路，在京沪高速公路黄河桥下游3km处跨黄河，在济南市西侧新设济南高速站；向南沿京福高速公路东侧南行，在徐州市东部新设徐州高速站；于蚌埠新淮河铁路桥下游1.2km处跨淮河设新蚌埠站，过滁河，在南京长江大桥上游20km的大胜关越长江后新设南京南站，东行经镇江、常州、无锡、苏州，终到上海虹桥站。
天津、济南、徐州、蚌埠、南京、上海等枢纽地区通过修建联络线引入既有站。
