大西客运专线全线建成通车后,山西省将建成以太原为中心,东至石家庄一小时客运圈;北至北京、呼和浩特,南至西安、郑州、徐州等城市附近将形成三小时客运圈。2007年3月16日,山西省人民政府办公厅印发山西省“十一五”铁路规划,规划对北同蒲线和南同蒲线进行扩能提速改造,形成贯穿山西南北的快速铁路客运系统。2009年2月20日,大同至运城至西安客运专线被列为山西省2009年重点工程项目。2009年7月,国家发展改革委批准大同至西安铁路项目建议书。2009年12月,国家发展改革委批准大同至西安铁路可行性研究报告。2009年12月3日,大同—西安高速铁路客运专线开工奠基。2010年3月15日,大西铁路客运专线控制性工程——晋陕黄河特大桥破土动工。2010年4月19日,大同至西安铁路客运专线被列为山西省2010年重点工程项目,亦是国家重点工程。2011年5月16日,大同—运城—西安铁路客运专线被列为山西省2011年重点工程项目。2012年5月9日,大同—运城—西安客运专线被列为山西省2012年重点工程项目。2012年10月25日,山西省人民政府印发《山西省土地利用总体规划(2006-2020年)》,大同--运城--西安客运专线铁路项目是全省交通基础设施重点建设工程。2013年6月12日,大西高铁原平西至西安北段开始全线铺轨。2013年12月31日,晋陕黄河特大桥竣工,是目前我国高速铁路跨越黄河最高、最长,建设规模最大的桥梁,堪称“高铁黄河第一桥”。2014年4月7日,大西高铁太原南至西安北段进行联调联试。2014年7月1日,大西高铁太原南至西安北段正式通车。2015年6月26日,大西高铁原平西至阳曲西段进行联调联试。2015年8月1日,大西高铁原平西至阳曲西段开启综合试验。2015年9月28日,大西高铁阳曲西至太原南段的控制性工程——太原北站改造工程和太钢特大桥建设工程开工。2016年8月12日,大西高铁大同南至原平西段开工。2018年9月28日,大西高铁原平西至太原南段正式开通运营。2019年5月1日,大西高铁怀仁东至太原南段正式开通运营。