Tuyến đường sắt Lào Cai - Hà Nội - Hải Phòng có tổng chiều dài tuyến chính hơn 360 km, đi qua địa giới hành chính của 6 tỉnh, thành phố bao gồm: Lào Cai, Phú Thọ, Hà Nội, Bắc Ninh, Hưng Yên và Hải Phòng. Điểm đầu kết nối với đường sắt Trung Quốc tại biên giới Lào Cai, điểm cuối tại ga Nam Hải Phòng. Ngoài ra, dự án còn có các tuyến nhánh dài hơn 58 km dẫn vào các khu vực cảng Lạch Huyện, Đình Vũ và Đồ Sơn.
Về kỹ thuật, tuyến đường sử dụng khổ ray tiêu chuẩn 1.435 mm. Tốc độ thiết kế đạt tối đa 160 km/h cho đoạn từ Lào Cai đến Nam Hải Phòng, 120 km/h đối với khu vực đầu mối Hà Nội và 80 km/h cho các đoạn tuyến còn lại. Phân đoạn từ Đông Anh đến Nam Hải Phòng sẽ được xây dựng đường đôi, trong khi các đoạn khác là đường đơn.
Tuyến chính bắt đầu từ biên giới Việt - Trung, đặt ga Nam Lào Cai tại phía đông bắc phường Lào Cai. Tuyến chạy dọc bờ bắc sông Hồng, qua các khu vực Bảo Thắng, Sa Pa, Văn Bàn (tỉnh Lào Cai), sau đó hướng về Yên Bái với ga Nam Yên Bái. Tiếp tục hành trình, đường sắt đi qua Hạ Hòa, Thanh Ba, Việt Trì (Phú Thọ) trước khi vượt sông Lô sang Vĩnh Phúc.
Tại khu vực Hà Nội, tuyến đi qua các khu vực Bắc Hồng, Yên Thường và vượt sông Đuống đến Kim Sơn. Sau đó, công trình chạy dọc theo đường ĐT385 qua Lương Tài (Bắc Ninh), hướng về Bình Giang, Hải Dương Nam (Hải Dương) và kết thúc tại cụm ga Nam Hải Phòng cùng các nhánh rẽ cảng biển. Tổng cộng sẽ có 29 nhà ga được xây dựng mới, trong đó có 24 ga trên tuyến chính và 4 ga trên các tuyến nhánh.
Dự án dự kiến sử dụng khoảng 2.632 ha đất, bao gồm đất trồng lúa (716 ha) và đất lâm nghiệp (878 ha). Theo tính toán sơ bộ, có hơn 19.000 người dân nằm trong diện cần tái định cư để phục vụ giải phóng mặt bằng. Tổng mức đầu tư dự án ước tính hơn 200.000 tỷ đồng, được huy động từ nguồn ngân sách nhà nước.
Hệ thống hạ tầng đi kèm bao gồm 174 cầu đường sắt (tổng chiều dài 160 km), 55 hầm (50 km) và các khu Depot tại Yên Thường, Gia Lâm, Lào Cai. Theo lộ trình, dự án lập báo cáo nghiên cứu tiền khả thi từ năm 2025 và đặt mục tiêu hoàn thành chậm nhất vào năm 2030. Trước đó, một số hạng mục thuộc dự án thành phần 1 đã được khởi công vào cuối năm 2025.