上海―南京段
此段与建设中的沪宁城际铁路、京沪高速铁路和既有的京沪铁路沪宁段共线。沪宁城际铁路、京沪高速铁路将主要分流沪汉蓉铁路的高速动车组；既有京沪铁路沪宁段将分流其普通客运列车和货运列车。
南京―合肥段
此段为宁合铁路。 合宁铁路：合宁铁路自合肥枢纽引出，沿合宁高速公路，向东经合肥肥东县、巢湖市、全椒县至江苏省南京市，跨越安徽、江苏两省四市四区，全线建筑总长度166公里，其中安徽境内119公里，全线总投资44亿，为国家Ｉ级双线电气化铁路。2005年7月开工建设，设计旅客列车最高运行速度为每小时200公里，并预留时速250公里的条件；货车最高运行时速120公里。已于2008年4月18日开通运营，8月1日开行了动车组列车。
合肥―武汉段
此段为合武铁路。合武铁路：合肥至武汉运行里程将由目前565公里缩短至351公里，为国家Ⅰ级双线电气化铁路， 施工栈道
2005年10月开工建设，设计最高时速200公里，是中国第一条设计时速超过200公里，完全按客运专线配置设计的客货共线铁路，并预留时速250公里条件和350公里时速通行条件。总投资达160亿元。合武铁路东起合肥，经六安、麻城、红安，西至汉口火车站，与武汉-重庆-成都铁路相衔接。地处沪汉蓉快速通道的中心地带，是撑起沪汉蓉铁路脊梁的关键组成部分。全线将于2008年9月20日铺通，2009年4月1日开通客运，每天8对时速250公里的动车组列车将上线营运。
武汉―宜昌段
此段为汉宜铁路。 汉宜铁路：汉宜铁路全长291公里，为国家Ⅰ级双线电气化铁路，设计时速200公里（预留250公里及以上发展条件），工期计划4年，自汉口火车站引出，途经汉川、天门、仙桃、潜江、荆州、枝江等地，终点为宜昌东站。汉宜高速铁路东连武合高速铁路、西接宜（昌）万（州）铁路，客运为主，兼顾货运，从武汉坐火车到宜昌不到2小时。已于2008年9月17日全线开工建设，预计2012年建成通车。
宜昌―重庆段
此段由宜万铁路宜昌至利川段和渝利铁路共同组成。
宜万铁路（宜昌至利川段）
宜昌至万州铁路（简称宜万铁路）东起鸦宜铁路花艳站，西止达万铁路万州站，途经湖北省宜昌市、恩施州和重庆市万州区，全长376.99KM。为国家I级干线电气化铁路。其中正线桥隧总长278.82K同，占线路总长74%。2004年1月，国家发展和改革委员会以发改投资[2004]75号文正式批准开工建设。2006年9月15日，国家批准宜万铁路复线建设，宜昌东站至利川凉雾段一次建成双线电气化铁路，全长228.4公里。设计开通时速宜昌至凉雾段为160公里、凉雾至万州段为120公里。预计于2010年开通运营。
渝利（川）铁路
渝利铁路全长244.269公里，设计为国铁Ⅰ级干线，双线，电力牵引，时速200公里，建设总工期4年，在恩施州境内长约28公里。渝利铁路西起重庆北站，途经涪陵、丰都、石柱，在利川凉雾车站与宜万铁路接轨，是构成沪汉蓉快速客运通道的重要组成部分。国家已批准新建重庆至利川铁路立项。2008年12月29日全线开工建设。
重庆―成都段
此段由遂渝铁路和达成铁路遂宁至成都段共同组成。
遂（宁）渝铁路
遂渝铁路是中国西部首条高速铁路，设计时速200公里，全长114公里，总投资49.25亿元。按国家Ⅰ级铁路干线标准建造，全线为电气化牵引，正线为单线并预留双线条件。遂渝铁路西起既有的达成铁路遂宁站，途经四川省遂宁市和重庆市潼南县、合川市、北碚区等地，东至襄渝铁路的北碚站，接入重庆铁路枢纽。遂渝铁路2003年2月25日开工建设，2005年4月23日全线贯通。2006年5月1日，随着N880次首趟成渝城际快速列车驶上遂渝铁路，遂渝铁路正式宣布开通客运。遂渝铁路二线于2009年1月18日开工建设，总投资48.18亿元，全长131.166公里，设计时速200公里，最高时速可达260公里，建设总工期为3年，起于遂宁市，止于重庆市，在遂宁接入改扩建完成的达成铁路，与既有遂渝铁路基本等高并行。
达成铁路（遂宁至成都段）
此段原为普通单线铁路，全长198公里，2005年初开始改造。遂宁至成都段，由于是成渝快速客运通道和沪汉蓉铁路大通道的共线部分，采用三线格局。新建双线电气化铁路速度目标值为200公里／小时，以客运为主，设计近期开行客车74对，远期130对；既有线进行电气化改造，以货运为主，上行货流密度设计近期1240万吨，远期1880万吨；下行货流密度设计近期1390万吨，远期1980万吨。达成铁路于2009年7月7日完成电气化改造和复线建设。
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