直径线全长5.005公里，其中海河隧道全长3.61公里，占线路总长的69.4%，设计速度为120公里/小时。线路自天津西站东端引出，沿线下穿河北大街互通立交桥、北横志成道快速路立交桥，又向南沿子牙河西岸穿越永乐桥、金钢桥、天津地铁四号线、狮子林桥，后穿越海河，最后在京津城际（津滨城际）高速车场与普速车场之间引入天津站。