自北京南站西端引出，沿既有京沪铁路，经天津南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3公里处跨黄河，在济南市西侧新设济南西客站;向南沿京福高速公路东侧南行，在徐州市东部新设徐州东站;于蚌埠新淮河铁路桥下游1.2km处跨淮河设蚌埠南站，过滁河，在现有南京长江大桥上游20公里的南京大胜关长江大桥处越江进入新设的南京南站，终到上海虹桥站。
京沪高速铁路途经中国的华北地区和华东地区，两端连接京津冀和长三角两个经济区域，沿线以平原为主，局部为低山丘陵区，经过海河、黄河、淮河、长江四大水系，所经区域面积是中国社会经济发展活跃的地区之一，也是中国客货运输较繁忙、增长潜力较大的客运专线。
京沪高速铁路与既有京沪铁路大体平行，正线全长1318公里，较既有京沪线缩短约145km，自北京南站西端引出，沿既有京沪铁路，经天津新设天津南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3公里处跨黄河，在济南市西侧新设济南西客站;向南沿京福高速公路东侧南行，在徐州市东部新设徐州东站;于蚌埠新淮河铁路桥下游1.2km处跨淮河设蚌埠南站，过滁河，在现有南京长江大桥上游20公里的南京大胜关长江大桥处越江进入新设的南京南站，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。
