管辖范围以沈阳枢纽为中心，南起沈大线起点大连站，

北至京哈线蔡家沟—兰棱间167.0公里处、拉滨线五常—杜家间120.9公里处、通让线太阳升—立志间335.0公里处、平齐线街基—泰来间450.0公里处与哈尔滨铁路局分界；

东起长图线图们江国际铁路大桥529.4公里处、梅集线终点250.8公里处，

西至京通线河洛营—隆化间244.6公里处、锦承线杨树岭—平泉间335.0公里处与北京局分界；

东南起自沈丹线丹东鸭绿江大桥254.9公里处与朝鲜民主主义人民共和国接轨处，

西北至内蒙古自治区白阿线伊尔灺354.7公里处、通霍线终点416.6公里处；

东北起自牡图线鹿道—斗沟子间146.3公里处，

西南至津山线山海关站外432.696公里处与中华人民共和国北京局分界。

南起京哈高速铁路在双城北站（不含）与哈尔滨铁路局分界。

沈阳铁路局所辖线路东西长1216公里，南北长920公里，营业里程9320.9公里。其中，双线铁路2593.7公里，电气化铁路里程1481.1公里，内燃牵引里程7840.8公里；分布在辽宁省境内3933.9公里，分布在吉林省境内3474.6公里，分布在内蒙古自治区境内1628.9公里，分布在河北省境内171公里，分布在黑龙江省境内112.5公里。