怀邵衡铁路自怀化南编组站引出，经怀化市所辖鹤城区、中方县、洪江市，邵阳市所辖洞口县、隆回县、邵阳县、北塔区、大祥区、双清区、邵东县及衡阳市所辖衡阳县、石鼓区、珠晖区、衡南县，止于衡阳市衡茶吉线颜家垄站。

正线全长318公里：怀化市境内49公里，邵阳段180公里，衡阳段89公里(其中珠晖区境内全长7.7公里，石鼓区段总长12.4公里，衡阳县境内53公里，衡南县境内全长17公里)。

全线设站点：怀化南站、安江(安江镇);江口(江口镇)、洞口(县城)、石江镇(预留)、隆回(县城)、邵阳西(即岩口铺镇)、邵阳站、邵阳东站(大型货运站)、邵东站(县城)、书院(邵东杨桥镇杨塘书院)、库宗桥镇(衡阳县)、西渡镇(衡阳县城西渡镇)、松木园(货运站)、麻元(联络线周转站)、颜家垄站(接衡茶吉铁路，在衡南县北部的咸塘镇东部)，共16个车站。

在衡阳市区设两条连接线：普速列车进衡阳站，动车组列车进衡阳东站。

怀邵衡铁路在怀化南站与沪昆高铁接轨，在邵阳、邵东与娄邵铁路接轨。在衡阳火车站与京广铁路接轨，在衡阳东站与京广高铁、衡柳铁路接轨。

怀邵衡铁路将改善三市的区位条件，是中西部地区通往东南、华南的快捷通道。从怀化到邵阳1小时，从邵阳到衡阳不到1小时，邵阳到广州，耗时3.5小时左右。开通初期预计客车达28对。