长沙站-暮云站：线路自长沙站城际场南端咽喉引出，过人民中路后，在既有上行客车线前进入地下，以隧道方式穿过京广铁路、既有上下行客车联络线、东二环，于劳动东路下方设树木岭地下车站，而后继续以隧道方式沿树木岭路走向向南，过香樟路后出地面沿圭塘路，跨过圭塘河、湘府中路、沿省植物园西侧至汽车南站，经长沙理工大学西侧、绕避芙蓉南路别墅群、下穿建设中的湖南省生态动物园后抵暮云组团西侧设暮云站。线路全长23.011公里。
暮云站-七斗冲站：线路自暮云站南端引出，沿京广铁路东侧南行，过昭山、白马垄，跨京珠高速公路、在建的武广客运专线、上瑞高速公路、G320于株洲北编组站北侧设株洲北城际站，继续南行跨白石港、红港东路、新华西路于既有株洲站对侧设高架城际车场。出株洲站后线路沿既有货车联络向南跨浙赣铁路、石宋大桥，并行既有铁路下穿株洲南三环引入七斗冲航空规划区。线路全长31.0公里。
暮云站-湘潭站：线路自暮云站南端引出跨长株潭城际株洲方向正线，在易家湾处跨京广铁路，而后向西进入湘潭境内，跨上瑞高速公路后沿107国道向西南前行，过荷塘，尔后进入城区并行既有湘黔铁路跨越湘江，引入既有湘潭车站。线路全长23.140公里。
长沙站-长沙西站：线路自长沙站对侧（东侧）城际场引出，向北平行于京广铁路西侧经丝茅冲、伍家岭立交，跨浏阳河后于既有线东侧设开福站，跨捞刀河于既有线西侧引入捞刀河车站，出站后并行石长铁路向西跨湘江，沿既有线引入长沙西站。正线全长21.821公里。
