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湘桂铁路由东北向西南由湘桂走廊纵贯桂林，经过全州、兴安、灵川、桂林市区、临桂、永福等地，是桂林市交通的大动脉。湘桂铁路北接京广铁路、焦柳铁路，西接黔桂铁路、南接洛湛铁路。
湘桂铁路上有桂林站，俗称南站，目前为桂林最主要的客运火车站，车站于2005年翻新，接待吞吐能力大大加强；另有桂林北站，俗称北站（火车始发站，桂林北I场），目前正在扩建，扩建后分衡柳场和贵广场，规模为9站台16面18线（包含衡柳上、下行正线）。两站之间有桂北货运站（桂林北II场），承担湘桂铁路部分货运中转和部分车辆调配和编组。
湘桂铁路灵川至二塘为双线电气化线路（灵二环线），其余路段为单线非电气化线路。 由于现有的湘桂铁路为单线、非电气化铁路，故同时建有湘桂铁路货运外绕线以及与湘桂铁路衡阳至柳州段走向大致相同的衡柳铁路，并新建桂林西站（贵广正线）。