衡柳铁路，即湘桂铁路扩能改造工程衡阳至柳州段，东起湖南省衡阳市，
西至广西柳州市，是广西最重要的铁路，正线全长497.9公里，时速200KM/H，途经衡阳、永州、桂林、柳州，是横贯湘桂两省区的交通大动脉和旅游黄金通道。
衡柳铁路为广西、海南、粤西地区联系华中、华北、华东等地区的最重要运输通道，增强广西、海南、广东西部地区与中国内地的客货运交流，沟通中国内地与南亚地区各国之间的联系，为湖南、广西两省区之间最便捷的运输通道，大大缩短两地的时空距离，促进了衡阳对永州等周边县市的经济、文化、旅游辐射，也是湘、鄂等省的出海通道。
衡柳铁路是广西、海南、粤西地区与衡阳、华中、华东、华北等地区客货交流的主通道。湘桂铁路线路标准低、设备简陋，未扩建前湘桂线衡柳段平图列车运输能力为48对，能力利用率高达88.54%，且客车旅行速度较低，为单线内燃牵引铁路，运输能力已趋饱和，远不能满足铁路沿线各省客货运量快速增长的需求，迫切需要实施扩能改造。湘桂铁路技术条件早已不能满足社会和经济发展需要，作为客货混跑的路网性繁忙干线和"十五"规划的快速通道的组成部分，应当对湘桂线进行一次技术标准较高的扩能提速改造，在满足客货运量快速增长要求，改善铁路运营条件，解决本段运能和运量矛盾的同时，实现快速通道目标奠定基础。
2008年12月11日，湘桂铁路扩能改造工程衡阳至柳州段举行开工典礼，2009年4月动工。2011年，受资金影响，建设进展缓慢。2012年进入快速建设阶段。
2012年3月16日，衡柳铁路永州至柳州段铺轨开工仪式在全州县举行。8月20日16时38分，松川站两条钢轨连线完毕，标志衡柳线全长171千米的永州至桂林段铺轨完成。
2012年12月26日，22601次货物列车从衡阳北站发车，沿衡柳线驶往永州方向，标志著衡柳铁路湖南段正式竣工。2012年12月30日，灵川站首列3000吨电力货物列车向衡阳方向出发，标志著衡柳铁路衡阳至桂林段正式开通。
2013年12月28日，衡柳铁路正式开通运营，开行直通动车组3对，普速客车22对。
2019年11月25-26日，衡柳铁路提速改造研究评审会在广西南宁召开，计画将衡柳铁路部分路段提速至250KM/H。
衡阳东站为京广高速铁路、衡柳铁路、衡茶吉铁路、怀邵衡铁路等高速铁路交汇的枢纽站，衡柳铁路的动车组列车通过衡阳东站和京广高速铁路相连。
衡阳站为京广铁路、衡柳铁路、湘桂铁路等普速铁路交汇的枢纽站，衡柳铁路的普速铁路经过太山线路所转联络线线与京广铁路四线并行接入衡阳站。
永州站为湘南地区最大的铁路枢纽站和最大的客运站，湘桂铁路、衡柳铁路、洛湛铁路交汇于此。它是集普速、高速和货运列车为一体的综合枢纽车站。
桂林北站是西南地区最大的综合交通枢纽，八横八纵的特大型枢纽站，是西部地区、泛珠江三角洲地区的铁路核心车站，连线湘桂铁路、湘桂高速铁路、贵广高速铁路(联络线)等接国家铁道枢纽站。
柳州站主要担负湘桂铁路、黔桂铁路、焦柳铁路三条普速线路五个方向的客货列车到发、通过作业，同时还承担著柳南城际铁路、衡柳铁路两条高铁线路动车组列车的客运乘降业务，是广西铁路交通的"咽喉"车站，是中南、西南五省区的铁路交通枢纽之一。
衡阳至南宁间运营时间控制到6小时以内，比现行运营时间节省约7.5小时。工程建设工期3年半，投资估算总额575亿元，由铁道部、广西壮族自治区和湖南省及社会资本采用多元化投资模式合资建设。衡柳线湖南段包括衡阳枢纽和永州地区配套工程，东起衡阳站，西至既有湘桂线东安站以南，全长185公里，按国家I级、双线电气化铁路设计建设，项目总投资110亿元，2012年建成通车。工程竣工通车后，运输能力将大幅度提高,远期年度货运量、直通客流量将分别提高到5000万吨和1300万人次，开行客车能力增加103对，达到120对。
衡柳铁路作为广西、海南、粤西地区联系华中、华北、华东等地区的重要运输通道，为湘、鄂等省的出海通道。衡柳线衡阳至永州段主线全长179.962公里，主线桥隧总长58.988公里，占线路比例的32.78%。衡柳线平图能力达到240对，可满足国家要求的客车65对、货运4000万吨的远景年输送能力;旅客列车设计的行车速度可达到250公里/时，衡永段客旅行时间可压缩至57分钟，旅行速度也可提高200公里/时。完成扩能改造的衡柳线在从根本上解决运能不足问题的同时，大大缩短客车旅行时间，使广西、海南、粤西与中南、华东等地区的运输条件发生质的飞跃，同时使衡柳线与京广线、浙赣线等线实现提速资源共享，充分发挥本线及相关路网的提速效益，提高铁路客货运输与其它交通运输方式的竞争力，并可实现北京、上海与南宁"夕发朝至"，产生较大的经济效益和社会效益。