兰渝铁路的正线从甘肃省的陇南起始，首站为青川姚渡镇，接着经过羊木镇，最终抵达广元，广元站将设有广元站、广元西站和广元南站三个站点。继续前行，线路经过元坝、苍溪、阆中、南部和南充，最后在武胜离开四川，与重庆的遂渝铁路合川站相连，进入重庆市区。在广安地区，还规划有一条支线，从南充市达成铁路上的南充东站出发，途径岳池和广安，最终在华蓥高兴镇与襄渝线相连。
设计中，重庆至广元的主线部分设计时速为250公里/小时，而其余主线线路和广安支线则为160公里/小时。线路的桥隧长度大约占总长度的70%，显示出其复杂的地形特点。预计在2020年，兰州至广元的货运量将达到2400万吨/年，客车为20对/日，广元至重庆的货运量为1600万吨/年，客车为22对/日。到2030年，这些数据将有所增长，兰州至广元的货运量将达到3200万吨/年，客车升至28对/日，广元至重庆的货运量为2000万吨/年，客车则为32对/日。
兰渝铁路途经的重要城市和市县包括：甘肃的兰州、榆中、渭源、岷县、宕昌和陇南，然后是四川省的广元青川、广元朝天、广元元坝、苍溪、阆中、南部、南充、武胜，最后在重庆的合川站和重庆市区结束。这条线路的设置旨在加强区域间的交通联系，并为沿线地区带来显著的经济和交通便利。
兰渝铁路是连接我国西北与西南的重要铁路干线，由铁道部和重庆、甘肃、四川合资建设，项目估算总投资774亿元，计划建设工期6年。兰渝铁路建成后，重庆与兰州的铁路运输距离将由现在的1172公里和1466公里，分别缩短至836公里和820公里，客车运行时间由现在的17.5小时和22小时缩短为7.5小时和6.5小时。2012年9月27日，兰渝铁路公司在兰召开兰渝铁路建设新闻通气会，对这一国家重点项目的建设进展进行了通报。兰渝铁路公司副总经理蔡碧林在通气会上表示，兰渝铁路将于3年后，即2015年12月全线开通运营。