Theo báo cáo nghiên cứu tiền khả thi đã được Bộ Xây dựng hoàn thiện, tuyến có điểm đầu tại khu vực phía Bắc ga Yên Viên (Hà Nội), điểm cuối tại cửa khẩu Đồng Đăng (Lạng Sơn), tổng chiều dài khoảng 138 km, đi qua Hà Nội, Bắc Ninh và Lạng Sơn.
Tuyến được thiết kế theo khổ tiêu chuẩn 1.435 mm, phục vụ vận tải hỗn hợp hành khách và hàng hóa. Tốc độ thiết kế chính 160 km/h, có dự phòng nâng lên 200 km/h; riêng đoạn từ Đồng Đăng đến điểm nối ray quốc tế có tốc độ 80 km/h. Quy mô đầu tư phân kỳ, giai đoạn 1 xây dựng đường đơn, dự trữ quỹ đất để phát triển thành đường đôi trong giai đoạn hoàn chỉnh.
