进入陕西省，经大荔、渭南、新临潼至西安北。本线自北向南经过恒山低中山区、忻定盆地、系舟山余脉丘陵区、太岳山低山丘陵区、临汾盆地、运城盆地、渭北黄土台塬及关中平原。正线全长859km，设计时速为200～250公里，于2009年12月3日动工。铁路沿线与石太客运专线、太中银铁路、郑西客运专线、西成客运专线连接。大同至原平段利用北同蒲铁路第三、四线（正线长度153公里），原平至西安段新建线路长度699公里。近期大同至原平段为I级铁路，原平至西安段为客运专线，远期全线为客运专线。设计速度大同至原平段为200km