衡柳铁路正线设12座客运站，分别为衡阳东站、祁东站、祁阳站、永州站、东安东站、全州南站、兴安北站、桂林北站、桂林站、永福南站、鹿寨北站、柳州站；设1座货运站，即衡阳南站；设10座越行站，分别为谭子山南站、高溪市站、庙头西站、松川站、大溶江站、灵川站、二塘站、黄蜡站、青茅站、柳州西站；另设联络线与京广铁路衡阳站相连。

衡柳铁路自衡阳市珠晖区境内的京广高速铁路衡阳东站引出，后右转跨越湘江至衡阳市祁东县县城西南设祁东站，后转向西南至永州市祁阳县县城北部设祁阳站，再往西南两次跨越湘江至永州市冷水滩区境内的永州站与洛湛铁路、湘桂铁路接轨，之后向西跨越湘水至永州市东安县县城东南设东安东站，后沿湘水西岸南至桂林市全州县县城西北设全州南站，继续西南至桂林市兴安县县城北方设兴安北站，后南至桂林市叠彩区境内的桂林北站通过联络线与贵广高速铁路、湘桂铁路接轨，继续南行至桂林市象山区境内的桂林站与桂海铁路接轨，后向西南跨越洛清江在桂林市永福县县城东北设永福南站，继续南向并两跨洛清江后跨柳江在柳州市柳南区设柳州站与柳南高速铁路、湘桂铁路接轨。

2013年12月28日，衡柳铁路正式开通运营，开通初期衡柳铁路运行3对动车，另有22对原来经由湘桂铁路运行的列车改经由衡柳铁路运行。

截至2020年9月，衡柳铁路日开行动车62对，衡阳乘动车组列车至桂林最快需137分钟，至柳州最快需219分钟。

衡柳铁路穿越广西壮族自治区喀斯特地貌区，岩溶比较发育，水文地质条件与工程地质条件复杂，桥隧比为30%，隧道施工风险高、桩基和路基岩溶处理难度大；同时，衡柳铁路多次跨越河流、高速公路和已有铁路，均加大了线路的施工难度。

湘桂铁路湘江大桥前身为衡阳湘江大桥，始建于1937年，于1944年1月1日正式启用，后经多次维修与重建；2009年湘桂铁路进行扩能改造，在衡阳新建湘桂铁路湘江大桥，该桥随2013年12月28日衡柳铁路开通投入使用，代替衡阳湘江公铁大桥承载客运列车过江。

永州火车站站房提质改造于2019年7月正式开工建设，2020年1月15日正式启用改造后的客运站房；改建后的永州火车站将原来的进站口向外延伸了8.6米，旅客检票进站都将在室内进行，候车室由原来的5个侯车室，改为2个大候车室，新增候车面积约1300平方米，可增纳1500余人候车。

衡柳铁路运用了大量新科技、新工艺，降低了施工风险，加快了施工进度，形成一批研究成果，对广西高速铁路工程具有借鉴意义；如Ⅵ标承担着62孔900吨简支箱梁、100孔（200片）450吨组合箱梁架设任务。为了合理利用既有设备资源，减少多种不同功能架桥机进出场干扰，降低工程成本，建设指挥部、中铁十一局联合开展技术攻关，将900吨架桥机进行技术改造，改造后的架桥机具备了架设900T和450T箱梁的一体化功能，节约资金1320万元。

2020年9月29日，中国国家铁路集团专家组原则通过衡柳铁路《衡柳高铁提速（由最高200千米/小时提升至250千米/小时）工程可行性研究报告》，该工程为湖南省和广西壮族自治区重点工程项目。

衡柳铁路作为广西、海南、粤西地区联系华中、华北、华东等地区的重要运输通道，同时还是湘、鄂等省的出海通道之一。不仅从根本上解决运能不足问题的同时，还可大大缩短客车旅行时间，使广西、海南、粤西与中南、华东等地区的运输条件发生质的飞跃，同时使衡柳铁路与京广铁路、沪昆铁路等线实现提速资源共享，充分发挥本线及相关路网的提速效益，提高铁路客货运输与其它交通运输方式的竞争力，并可实现北京、上海与南宁“夕发朝至”。（中国网 评）