2012年5月，哈大高速铁路开始联调联试。10月8日，哈大高速铁路开始全线试运行。11月26日，哈大高速铁路开始发售车票。12月1日，京哈高速铁路沈哈段随哈大高速铁路开通运营。

京哈高速铁路京沈段的前身是承德市提出的京承快速铁路、辽宁省提出的沈朝客运专线，是原中华人民共和国铁道部2009年开展的第一个重点踏勘项目。

2009年10月，中华人民共和国国家发展和改革委员会批准《新建北京至沈阳铁路客运专线项目建议书》。

2013年8月5日，原北京市规划委员会召开新闻通气会，京哈高速铁路的起点由北京站调整为星火站（现北京朝阳站）。12月，中华人民共和国国家发展和改革委员会批复北京至沈阳铁路客运专线可行性研究报告。12月4日，原中华人民共和国环境保护部批复《新建北京至沈阳铁路客运专线环境影响报告书》。

2014年2月28日，京哈高速铁路京沈段（辽宁段）开工建设。7月1日，京哈高速铁路京沈段（辽宁段）正式开工。

2015年5月17日，京哈高速铁路京冀段11座隧道全面开工，标志着京哈高速铁路京沈段进入全面路基施工。8月31日，京哈高速铁路京沈段首座下承式简支拱桥合龙。10月10日，京哈高速铁路京沈段首座钢箱拱桥顶推成功。12月30日，京哈高速铁路北京段在怀柔区开工。

2016年6月15日，京哈高速铁路京沈段（辽宁段）开始线上施工。8月19日，京哈高速铁路京沈段（辽宁段）正式进入四电集成施工阶段。

2017年3月20日，京哈高速铁路京沈段（辽宁段）全线39座隧道全部贯通。7月18日，京哈高速铁路京沈段（辽宁段）开始敷设电力高压电缆。8月12日，京哈高速铁路京沈段（辽宁段）轨道板铺设完成。9月28日，京哈高速铁路京沈段（辽宁段）钢轨全线铺通。11月2日，京哈高速铁路河北段开始铺轨。11月29日，京哈高速铁路京沈段（辽宁段）接触网全线架设完成。

2018年3月1日，京哈高速铁路京沈段（辽宁段）开始联调联试。7月19日，辽宁凌源牛河梁牵引变电所向京哈高速铁路接触网开始送电，标志着京哈高速铁路京沈段（辽宁段）全线牵引供电系统送电。10月20日，京哈高速铁路京沈段辽宁段开始试运行。11月1日，京哈高速铁路京沈段（辽宁段）开始模拟载客试运行。11月，京哈高速铁路承德南至平泉北段开始联调联试。12月29日，京哈高速铁路承沈段（承德南站至沈阳站）正式开通运营。

2019年6月28日5时，京哈高速铁路星火枢纽（现北京朝阳站）东北环线拨线施工完成。12月12日，梨花顶隧道贯通，标志着京哈高速铁路全线隧道贯通。

2020年8月26日，京哈高速铁路京承段架梁任务全部完成。9月3日，京哈高速铁路北京段线下工程完工。9月，京哈高速铁路京承段开始铺轨。10月18日，京哈高速铁路京承段正式送电。12月11日，京哈高速铁路京承段开始进行运行试验。

2021年1月7日，京哈高速铁路京承段进入按图试运行阶段。1月22日，京哈高速铁路京承段开通运营，标志着京哈高速铁路京沈段全线贯通。

京哈高速铁路京沈段共设置20座车站（其中2座暂缓开通），其中北京段4座、河北段5座、辽宁段11座：北京朝阳站、顺义西站、怀柔南站、密云站、兴隆西站、安匠站、承德南站、承德县北站、平泉北站、牛河梁站、喀左站、奈林皋站、辽宁朝阳站、北票站、乌兰木图站（暂缓开通）、阜新站、黑山北站、新民北站、沈阳西站（暂缓开通）、沈阳站。

京哈高速铁路在沈阳枢纽内部并不贯通，由北京朝阳站/辽宁朝阳站开往沈阳北站/哈尔滨西站方向的列车，在前丁香东所至沈阳北站间经由京沈联络线（前丁香东所→后丁香西所）、京哈线（后丁香西所→沈阳北站）驶入沈阳北站。

京哈高速铁路沈哈段共设置12座车站，其中辽宁段4座、吉林段5座、黑龙江段3座：沈阳北站、铁岭西站、开原西站、昌图西站、四平东站、公主岭南站、长春西站、德惠西站、扶余北站、双城北站、哈尔滨西站、哈尔滨站。

京哈高速铁路京沈段连接环渤海经济区和东北老工业基地两个经济区域，线路起自北京朝阳站，途经北京市朝阳区、顺义区、怀柔区、密云区，河北省承德市，辽宁省朝阳市、阜新市、沈阳市，终至沈阳站，正线全长698.294千米。

京哈高速铁路沈哈段起自沈阳站，途经辽宁省沈阳市、铁岭市，吉林省四平市、长春市、松原市，黑龙江省哈尔滨市，终至哈尔滨西站。线路出沈阳枢纽后经沈阳化工园区西侧、东基集团靶场东侧向北行进；在距铁岭城区约8千米处设铁岭西站，在距开原县城西9千米处设开原西站，在八一水库西侧设昌图西站，在四平城区东6千米处设四平东站，至公主岭城区东南约3千米处设公主岭南站；经西新水库西侧，距既有长春站西南约1千米处设长春西站（通过联络线引入既有长春站）；出站后折向北，在德惠城区西3千米处设德惠西站，在双城区东7千米处设双城北站，穿王岗垃圾场，北至哈尔滨西站，并通过哈齐高速铁路连接既有哈尔滨站。

2012年12月1日9时，四列CRH380B型高寒动车组分别从哈尔滨西站、长春站、沈阳北站、大连北站四站同时首发，标志着京哈高速铁路沈哈段开通运营。开通初期，京哈高速铁路沈哈段实行冬季（12月1日至次年3月31日）和夏季（4月1日至11月30日）两张列车运行图，列车分别按200千米/小时和300千米/小时速度行驶，同时实行与两个速度等级相应的票价。

2015年12月1日，京哈高速铁路沈哈段开始实行冬夏相同列车运行图，列车全年按300千米/小时速度运营。

2018年12月29日10时10分，G4256次列车驶出沈阳站，标志着京哈高速铁路承沈段开通运营。沈阳到承德的动车组列车最短运行时间为2小时21分，比既有铁路列车最短运行时间压缩近9个小时。

2021年1月22日9时16分，由北京朝阳站开往沈阳北站的G913次驶出北京朝阳站；9时50分，由赤峰站开往北京朝阳站的G3652次列车驶出承德南站；标志着京哈高速铁路京承段开通运营，京哈高速铁路全线贯通。北京至沈阳最快2小时44分可达。北京至哈尔滨的最短运行时间由6小时32分压缩至4小时52分。1月起，京哈高速铁路京沈段的运营速度为300千米/小时。6月25日，京哈高速铁路开行哈尔滨、吉林（长春）、沈阳、承德等地至北京站的高铁列车，这是京哈高速铁路首次在北京站停靠，也是北京站建站以来首次迎来高铁列车，从此北京站也正式进入到高铁时代中。10月11日，石家庄（邯郸）至承德的直达高铁列车正式开通运营，这是北京地下直径线首次运营高速列车，也是北京铁路枢纽首次开行跨枢纽高速列车，京广高速铁路和京哈高速铁路在北京铁路枢纽正式实现贯通运行。

2018年12月29日至2019年1月29日，京哈高速铁路承沈段累计发送旅客36.8万人次，日均1.2万人次。

截至2024年1月21日，京哈高铁北京区域内车站累计发送旅客73.66万人次，日均发送旅客3.51万人次。

2024年2月6日，京哈高铁发送旅客10.28万人次，创开通运营以来新高。

2021年1月起，京哈高速铁路运行列车主要使用和谐号CRH5G型电力动车组、复兴号CR400BF-G型电力动车组、复兴号CR400AF-G型电力动车组、和谐号CRH380BG型高速动车组等。

CRH380B型高寒动车组是为了经受高寒考验而订制的，全长201米，列车在材料低温特性、车体防雪密封性和隔热保温性等方面都进行了改进，车厢地板增加防寒材料，空调采暖，水系统采取了防冻措施，电气、制动、转向架系统相应提高了低温适应性。

复兴号CR400BF-G型电力动车组是由中车长春轨道客车股份有限公司专门为高寒地区高速铁路研制的动车组。2018年12月，第一列高寒复兴号标准动车组CR400BF-G-5114在京哈高速铁路承沈段投入运营。动车组通过采用密封防雪结构、低温防冻、冷凝水防治等措施，列车解决了高寒气候下运行的防寒保暖、转向架积雪、关键部件冻结等难题，能够在-40℃以350千米/小时的速度运行。

京哈高速铁路共设7处动车运用所：北京朝阳动车运用所、沈阳动车运用所、沈阳北动车运用所、哈尔滨西动车运用所、长春动车运用所、哈西动车运用所、哈尔滨动车运用所。

京哈高速铁路两侧都安装有摄像头监控系统，监控线路周边列车运行、行人通过、异物入侵等突发状况；列车行车调度信息传输采用无线传输方式，行车运行调度指令在5秒钟内就能送达运行列车的司机控制系统中。

京哈高速铁路京沈段首次在中国国内长距离高速铁路项目中铺设了中国具有完全自主知识产权的新型CRTSⅢ型先张板式无砟轨道，并在轨道板内嵌入可识别的电子标签，实现了信息和管理的可追溯及全生命周期管理。

京哈高速铁路沈哈段是中国国内首条高寒地带高速铁路，采用防开裂的双向预应力CRTSⅠ型板式无砟轨道结构；动车组经由的道岔设置融雪设施，牵引供电系统设接触网融冰装置，防灾监控系统设雪灾监控子系统；路基冻结深度范围内填筑非冻胀性填料；路基高度小于季节冻深地段设置降水设施；低路堤地段设置防冻胀护道；地下排水设施出水口采用防冻胀设计；路基间排水采取轨道板底座内设置钢管外排设计。

京哈高速铁路沈哈段地处深季节冻土区，需要面对防冻胀路基、接触网融冰和道岔融雪三大技术难题。

北京朝阳站枢纽工程施工中，建设方克服了体量大、施工技术复杂、交叉施工干扰多等困难，仅用半年时间就完成了北京朝阳站站房西侧站台层的主体结构封顶，保证了拨线施工按期进行。

在北京朝阳站至五环路之间，京哈高速铁路设置了中国国内首个大跨度混凝土拱壳封闭式声屏障，有效降低了噪声对居民影响。

望京隧道全长8千米，是京哈高速铁路京沈段唯一一处采用双洞单线盾构技术施工的隧道，同时也是中国国内首条高速铁路穿越城市区采用大直径盾构工艺的隧道。

2016年12月28日，望京隧道开始掘进。2017年8月23日，望京隧道穿越北京地铁首都机场线，最大沉降0.83毫米，穿越时是中国精度最高的隧道盾构施工。2018年4月25日，望京隧道穿越朝阳区无基础密集房屋群特级风险源。2018年8月28日，望京隧道双向贯通。

梨花顶隧道全长12.243千米，横跨京、冀两地，地质构造复杂，是京哈高速铁路京冀段里程最长、施工难度最大的隧道。施工单位推广使用了带模注浆工艺、预埋槽道自动顶升系统、湿喷机械手、微波焊接技术等四项新技术。为了保护明长城古迹，施工中采用控制爆破和单臂掘进机铣挖法，有效减少了施工对地质环境的不利影响。在隧道工程中使用湿喷机械手，能在减少成本、提高效率的同时，大大降低隧道内粉尘浓度，改善施工作业环境。项目创新小组还研发了预埋槽道自动顶升系统，使槽道报废率从原先的5%降低到1.5%左右，提高了施工质量和效率。

北水泉特大桥位于河北省兴隆县，全长1063.49米。该桥两次跨越京承铁路营业线，同时跨越兴隆县柳河城乡公路，横穿兴隆县北区村，与交通路网频繁交会，施工安全风险极高。

2017年7月25日，北水泉特大桥贯通。

辽西隧道全长13205米，属极Ⅰ级高风险隧道，是京哈高速铁路京沈段全线最长隧道。该隧道多处穿越浅埋段，埋深浅、岩体破碎、地下水发育，施工中沉降变形大，施工风险极高。

2017年1月10日，辽西隧道贯通。

三棱山隧道位于辽宁省朝阳市、阜新市境内，为双线隧道，全长8888米，是京哈高速铁路全线重难点、控制性工程。项目部克服了地质条件差、施工安全风险大、施工工期紧、技术难度高等重重困难，

2017年2月16日，三棱山隧道贯通。

兴隆店特大桥全长23.65千米，横跨沈阳市新民市和于洪区，是京哈高速铁路京沈段最长大桥。该大桥沿线地形复杂，且需要跨越沈通高速公路互通匝道和107省道等多条既有线、九龙河以及7个自然村和3个农场，施工难度大。

为提高铁路隧道衬砌质量，避免隧道拱顶出现空洞，防止运营过程中出现隧道拱顶混凝土掉块现象，施工方研发了隧道二次衬砌拱顶带模注浆施工工艺，有效解决了传统二衬空洞缺陷整治难的困局。该项工艺在京哈高速铁路京沈段全线推广应用。

1.首次在高速铁路路基中采用防冻胀结构设计。采取路基隔水结构形式设计防止冻胀；采用换填法有效防治季节性冻胀；采用CFG桩、桩网结构等复合地基处理措施进行加固；采用保温护道或设置隔热层增大热阻防止冻胀，切实提高防冻胀性能和地基承载力，解决了高寒地区路基冻胀问题。

2.首次在严寒地区铺设CRTSⅠ型板式无砟轨道和跨区间无缝线路。优化CRTSⅠ型无砟轨道板结构设计，厚度由通用图19厘米增至20厘米，并设2厘米厚承轨凸台，提高其使用耐久性。

3.首次铺设62号高速无砟道岔。长春西站2组62号高速无砟道岔建成时是世界上最大号码道岔，其侧股通过速度为220千米/小时。

4.解决了在大温差条件下钢轨温度应力和轨道框架阻力相匹配的关键技术，选用合适的弹条扣件，精细施工。

5.首次在高速铁路建设中设计、建造了跨度56米节段拼装简支箱梁和1—138米钢箱叠拱桥。

6.首次针对严寒地区研制和使用了铁路桥梁低温支座灌浆材料。

7.形成了冻融路基综合监测技术。

8.首创动车组静态融冰除雪和轨旁设备落冰防护技术。

9.构建了接触网导线防冰融冰、道岔融冰等技术。

10.创新建立了高寒地区高速动车组运行安全保障系统：构建了动车组运行故障检测、雪深检测、接触网腕臂监测等安全防护系统。从而确保了高寒地区高速铁路各项设备全天候安全运行。

11.“严寒气候条件下结构混凝土冬期施工技术研究”获得2012年度黑龙江省住房和城乡建设厅科学技术一等奖；

12.“严寒地区高速铁路建造与维护关键技术”获得2015年度中国铁道学会铁道科技特等奖；

13.“哈大客运专线大跨度钢箱叠拱桥关键技术研究”及“客运专线接触网防（融）冰技术及运行试验”获得2013年度中国铁道学会铁道科技一等奖；

14.“接触网腕臂及吊弦数控预配平台的研制”获得2013年度中国铁道学会铁道科技二等奖。

京哈高速铁路沈哈段曾获得以下表彰。

京哈高速铁路在沈阳枢纽内将建设京哈直通线，建成后长春、哈尔滨进京时间将进一步缩短。

京哈高速铁路承沈段是中国国家“四纵四横”高速铁路网的“一纵”，通过沈阳枢纽衔接和贯通哈大高速铁路、沈丹高速铁路、丹大高速铁路、长珲城际铁路、哈牡高速铁路、哈佳快速铁路、哈齐高速铁路、长白乌快速铁路和沈白高速铁路等9条高速铁路，使东北高速铁路网日益完善、形成规模，全方位融入中国全国高速铁路网。（新华社 评）

京哈高速铁路承沈段向北经京哈高速铁路沈哈段连接东北高速铁路网，京哈高速铁路北京至承德段建成通车后，经北京枢纽接入中国全国高速铁路网，将形成东北地区又一进出关高速铁路铁通道。京哈高速铁路承沈段的开通运营，将进一步扩展东北地区高速铁路网覆盖面，加快形成东西并举的进出关高速铁路通道，极大方便沿线群众出行，对促进区域经济社会发展、助力东北全面振兴，具有十分重要的意义。（中国国家铁路集团有限公司 评）

京哈高速铁路沈哈段开通运营后，不仅东三省主要城市间时空距离大大缩短，为东北区域经济一体化创造条件，同时还会释放东北地区铁路货运能力。京哈高速铁路沈哈段通车后，沈大铁路每年可增加货运能力1150万吨，京哈铁路沈阳至哈尔滨区段每年可增加1000万吨，大大缓解哈大铁路通道运输能力紧张局面。（新华社 评）