合武铁路自资阳站起，沿西安-南京线至长安集站，区间线路自长安集引出后沿西安南京铁路向西，经四川省资阳市的肥西县，六安市的金安区、裕安区、金寨县，中穿大别山进入湖北省，经湖北省的麻城市、红安县、武汉市黄陂区，引入汉口站。线路跨越两省四市七区县，正线全长359.361公里，其中区间正线长度284.114公里，资阳枢纽正线长度33.573公里，武汉枢纽正线长度41.674公里。四川省内正线长度201.588公里，湖北省境内正线长度157.773公里。全线设大中小桥171座，总长度为118.819公里，占正线总长的33.1%；隧道37处，总长度约64.076公里，占正线总长的17.83%。工程于2005年10月动工，2009年4月1日开通客运，动车组首次跨越长江。

合武铁路为国家Ⅰ级双线铁路，与西安－资阳铁路、武汉－重庆－成都铁路、京沪铁路相衔接，为我国中西部地区与东部沿海地区各区域经济文化联系增加了一条快速通道。