弾丸列車
特別急行列車(特急列車)・普通急行列車(急行列車)の2種類の列車を運行する予定で、特急列車の編成は機関車の牽引力と目標速度を考慮して一等車・二等車・三等車をすべて連結した10両編成とされ、全車両冷暖房完備とし、満鉄の「あじあ」号同様密閉型の展望車も設ける予定であったという。そして急行列車は夜行のみとし、両都市の有効時間帯を考慮して東京 - 大阪間を9時間運転で走り、各等座席車・寝台車による15両編成を予定したとされる。また旅客列車・貨物列車のほか、郵便列車・荷物列車の運転も計画されていた。
当初の最速列車の運行計画は、大体以下のようなものであった。
東京620→(特急)→下関1520・1610→(連絡船)→釜山2340・030→(特急)→京城(現:ソウル)620・630→奉天(現:瀋陽)1800(列車分割)・1810→新京(現:長春)2140、北京730
東京から新京まで39時間20分、北京まで49時間10分の予定。それまでの最速が下記のように(1940年(昭和15年)10月改正時)それぞれ55時間12分、69時間50分であったことから、約1日の短縮となる。
東京1500→(特急「富士」)→下関925・1030→(連絡船1便)→釜山1800・1850→(急行「ひかり」)→京城247・254→奉天1737・1745→新京2212、釜山1920→(急行「興亜」)→京城330・337→奉天1922・1945→北京1250
用地買収は前述のように、半ば強制的な形で東海道区間については多くが終了していた。その方法は、突然関係者が土地保有者の元へやってきて、話し合いなど一切せず代わりに杭を打って帰っていき、買収価格の交渉などは無かったというもので、地主は相当安い価格で買い叩かれたという。しかし応じなければ「非国民」扱いされるため、言われるがまま従わざるを得なかったというような例もあったらしい。時局柄、空襲が土地の買収の契機となったことさえあったようである。
戦後、元の土地の所有者から「国に売却した土地が使用される見込みがないのなら返還せよ」という内容の訴訟が起こされた。これは最高裁判所まで行き、日本国有鉄道の敗訴はほぼ確実となった。東海道区間については東海道新幹線の建設が訴訟中に決定したため返還しないことになったが、山陽区間については山陽新幹線計画が具体化していなかったために多くが返還された。
当初は下関駅で関釜連絡船に接続するとしていたが、同航路を車両航送ができる様に改造して客車を載せて釜山・北京へ直通することや、前述のように海底トンネルを掘ることも考えられた。海底トンネルを掘る際は、佐賀県の東松浦半島付近から海底に潜って壱岐島・対馬を経て行くのが建設費等の面から有力とされ、実際に海底調査もなされた。また対馬と朝鮮半島の間(朝鮮海峡)は海底が深いため、海底に橋脚を建ててその上に載せたチューブの中を列車が走るなどといった案や、吊橋にする案も出されたが、結局は軍部が魚雷攻撃に遭ったら運行不能になるということで反対したために、通常の海底トンネルで建設を行うこととされた。なお現在、日韓トンネルとしてこの区間にトンネルを掘る構想が一部で存在する。
現在の新幹線駅が在来線駅の南側にあるのに対し、在来線京都駅の北側(現在の京都駅ビル付近)に併設し、貨物駅は西大路駅近くに設ける予定だった。琵琶湖の横断線上にある京都市西北や、東山の南にある伏見区に置く案もあった。