2019年3月21日，张大高速铁路控制性工程大梁山隧道贯通，标志着张大高速铁路线下工程完工；5月15日，张大高速铁路无砟轨道铺设完工；6月，张大高速铁路道铺设全面完工；9月13日，张大高速铁路联调联试全面展开；11月16日，张大高速铁路试运行；12月30日，张大高速铁路正式开通运营。

张大高速铁路全线办理客运业务的车站数为4个（河北段1个、山西段3个）：怀安站、天镇站、阳高南站、大同南站；另有太善村线路所。

张大高速铁路自朔州市怀仁市境内的规划集大原铁路大原段起点DK1+150引出引出，通过大同市云冈区境内的韩原联络线与韩原铁路接轨，至大同市云冈区的太善村线路所通过太善联络线与大西高速铁路接轨，后经大同市平城区设大同南站、经大同云冈机场东侧北转后再大同市阳高县设阳高南站、大同市天镇县设天镇站，最后经大梁山隧道后接轨于张家口市怀安县境内的京张高速铁路、张呼高速铁路怀安站。

2019年12月30日9时23分，G2506次列车从大同南站开出，11时，由北京北站开往大同南站的G2505次列车驶入大同南站，标志着张大高速铁路全线开通运营。张大高速铁路开通初期，大同至北京间往返开行“复兴号”高铁列车7对，高峰线1对，大同南站至太原南、运城北、西安北站间开行动车组列车9对。

2020年4月10日，张大高速铁路首开大同南站至北京北站的一站直达高铁列车。

2020年7月1日，呼和浩特东站首开大同南站方向的动车，呼和浩特至大同全程运行142分钟，比此前最快的一趟列车运行时间缩短了41分钟。

2019年12月30日至2022年12月30日，张大高速铁路累计往返旅客达800多万人次（发送旅客410多万人次、到达旅客433万人次），开行列车13000余对。

张大高速铁路地处黄土高原、坝上高原、太行山等山地交汇处，也处于中国地质活跃带，积雪、寒风、复杂的地质条件、崎岖的地貌给张大高速铁路的施工带来了巨大的困难；同时，张大高速铁路跨越北同蒲铁路、京新高速公路、大秦铁路、大梁山等桥隧工程，均有很大的施工难度。

大梁山隧道位于晋、冀、蒙三省区交界阴大梁山深处，总长度13.395千米，西起大同市天镇县逯家湾镇夏家沟村，东至张家口市怀安县渡口堡乡耙齿沟村，是张大高速铁路控制性工程。大梁山隧道地质复杂，施工难度大。穿越5条地质断裂带，软弱围岩为4.13千米，占该隧道总长的74.2%，隧道内地质变化频繁，平均5到10米岩层就发生剧烈变化，尤其隧道进口段，围岩破碎，多为湿陷性黄土，埋深较浅，极易发生突泥、涌水现象，施工难度大，安全风险极高。

张大高铁至韩原铁路联络线工程是晋北铁路网络的重要枢纽，是大西铁路大原段建成通车前过渡期工程，对山西北部地区旅客出行需求及动车转场维修保养工作具有积极意义。张大高铁至韩原铁路联络线工程线路全长5.9千米（上行线3.25千米，下行线2.65千米），70%以上为桥梁结构，工期仅4个月，施工难度大。特别是上联跨北同蒲铁路特大桥48+80+48米小曲线半径跨四股道转体连续梁施工，对技术提出了较高要求。

解家庄特大桥长5千米，要跨越大秦铁路，每4分钟就有一列万吨煤炭列车通过。在进行桥梁转体时，每个墩有两台油压千斤顶拉动梁底转盘桥身底部转1毫米，桥梁就要转1厘米，是1:10的比例，等桥转到位后，相差不到30厘米时，还要进行精调，精调到1厘米误差之内。工程为两个转体，转体后合拢。单个转体总重量为87000千牛，转体角度为逆时针96度。转体由转体下盘、球铰、上转盘、转体牵引系统、转体助推系统等组成。转台直径8.4米，下转盘球铰半径为1.9米。

大张高铁跨京新高速特大桥全长7.4千米，该桥由214跨简支梁和4处连续梁连接而成，桥墩墩身较高，连续梁、空心墩、门式框架墩施工交叉施工，工艺复杂、工期较长，稍有不慎，就会影响既有张呼铁路的正常运营。

张大高速铁路是中国国家“十二五”铁路规划项目之一，也是山西省内地方参投第二条、大同境内建设的第一条高速铁路，是贯通京、津、冀、晋、陕的客运咽喉工程，也是晋北地区对外交流的“生命线”。（《大同日报》 评）

张大高速铁路构建起山西、陕西连通内蒙古西部、河北北部的快速客运通道，为完善华北高铁网、助力区域协作发展提供重要的交通支撑。（新华社 评）

张大高速铁路是晋北地区对外旅客交流的主通道，是国家快速铁路网的组成部分。（据《新建大同至张家口铁路客运专线项目建议书》）

张大高速铁路构建起连通陕西、内蒙古西部、河北北部的快速客运通道，形成北京—大同—太原—石家庄—北京的环形快速网，为山西加快融入“一带一路”“京津冀一体化”“环渤海地区合作发展”，实现“示范区”“排头兵”“新高地”三大目标提供了重要交通支撑。（《山西日报》 评）