再沿岷江左岸行驶，经云昌、云屯堡长隧道到达松潘，为尽最大程度减少铁路建设对松潘古城的影响，松潘至川主寺之间通过隧道连接，再经川主寺至九寨沟县。在早期设计方案中，成兰铁路在川主寺站后将穿越岷山，进入甘肃境内，跨过白龙江，并与兰渝铁路于哈达铺站接轨，与兰渝铁路共线至终点兰州东站。在后续调整中，黄胜关站以北改为与成西铁路一体化设计，不再与兰渝铁路进行对接。新线路将自黄胜关站向西北方向延伸，经若尔盖县进入甘南藏族自治州，于合作市对接设计标准提升后的兰合铁路，经甘南州、临夏州进入兰州，并将于甘南州夏河县唐尕昂乡出