西便门、西直门至三才堂，再向北过清河、沙河抵达南口，从南口向北穿过关沟内的居庸关、五桂头、石佛寺和八达岭等四条隧道抵达岔道城，再由岔道城向西北方向抵达康庄，向西过怀来河，经下花园、宣化等地，抵达终点张家口站。建成之初全线共新建14座车站，由南向北分别为西直门站（现北京北站）、清华园站、清河站、沙河站、南口站、青龙桥站、康庄站、土木站、沙城站、新保安站、下花园站、宣化站、沙岭子站和张家口站，其中青龙桥站是专为列车经过人字形展线而建。此外，全线还建有125座桥梁、210处涵洞、11座水塔、5座机车库、6处铁转盘