合武鐵路自合肥站起，沿西安-南京線至長安集站，區間線路自長安集引出后沿西安南京鐵路向西，經安徽省合肥市的肥西縣，六安市的金安區、裕安區、金寨縣，中穿大別山進入湖北省，經湖北省的麻城市、紅安縣、武漢市黃陂區，引入漢口站。線路跨越兩省四市七區縣，正線全長359.361公里，其中區間正線長度284.114公里，合肥樞紐正線長度33.573公里，武漢樞紐正線長度41.674公里。安徽省內正線長度201.588公里，湖北省境內正線長度157.773公里。全線設大中小橋171座，總長度為118.819公里，占正線總長的33.1%；隧道37處，總長度約64.076公里，占正線總長的17.83%。工程于2005年10月動工，2009年4月1日開通客運，動車組首次跨越長江。

合武鐵路為國家Ⅰ級雙線鐵路，與西安－合肥鐵路、武漢－重慶－成都鐵路、京滬鐵路相銜接，為我國中西部地區與東部沿海地區各區域經濟文化聯系增加了一條快速通道。