黔桂铁路起于龙里站，止于柳州站，成都铁路局管理龙里站——麻尾站（包含）区间，南宁铁路局管理麻尾站（不含）——柳州站区间。黔桂铁路是西南第一条准轨铁路。2004年12月，黔桂铁路扩能改造工程正式动工。改造后柳州段到贵阳段489公里，比原线路缩短119公里，总投资91.7亿元，铁路为国铁一级单线，预留复线。限制坡度：6‰，加力坡13‰。最小曲线半径：柳州至麻尾一般地段2000米，困难地段1600米。牵引种类：电力。最大牵引质量：3800吨。闭塞类型：自动站间闭塞。新建和改建桥梁163座，总长33476米；新建和改建框架桥16座，计280米；新建隧道138座，其中最长的定水坝隧道总长为 8540米；新建及改建涵渠11993座；新建和改建车站47个。
1950年10月，因国家建设需要，拆除黔桂铁路金城江至清泰坡300公里的废弃钢轨用于湘桂铁路柳州至南宁段的建设，于1951年1月拆完。1955年，开始对黔桂铁路金城江至都匀段进行修复，同时动工修建都匀至贵阳段。1958年底，都匀至贵阳间完面铺轨任务，10月9日客货混合列车通到贵定，11月24日货物列车全线试运行。1959年1月7日，黔桂铁路全线通车典礼在贵阳举行，并正式交付运营。2月7日，贵阳至都匀普客混合列车501/2次开行。
黔桂铁路的技术条件原为Ⅲ级干线，1965年后改造成为Ⅱ级干线，全长607.8公里中，除侧岭复线插入2.2公里，贵阳至贵定复线76.7公里以外，其余均为单线，共有76个车站。线路的特点黔桂铁路纵联黔、桂两省区，跨越高原、山地、岔地三大地貌类型，地势北高南低。自柳州(海拔92米)至六甲(海拔205米)为低平的广西岩溶盆地。六甲北上至都匀(海拔733米)，为黔南、桂北岩溶山地。都匀至贵阳(海拔1100米)为低山丘陵、宽谷和浅盆地组成的黔中岩溶高原。修建该线时，由于资金、技术力量所限，以降低线路标准来适应地形变化，线路傍山贴岭，升降急剧，曲折展转，迭为起伏。全线以坡度大、曲线半径小、技术设备简陋、标准低成为该线的特点，最大牵引质量为1200吨，从而也造成了运能不足，麻尾口为全路闻名的限制口。
设计专用机车
因其独特的线路，许多大马力的内燃机车无法行驶，为此，专门设计了很多黔桂专用机车实验，最终DF7D机车在经历过老黔桂线的考验后作为黔桂铁路的专用机车。全线客货列车平均运行时速仅为41公里、21公里，控制区间仅为客车9对、货运510万吨，线路长期处于超饱和运输状态。从20世纪40年代的施工条件看，在大西南的崇山峻岭中、在喀斯特地貌的复杂地质条件下，修建的铁路很难出现大桥长隧。而金城江至南丹段因特殊历史条件下沿山而建的铁路，几乎肯定在现代车迷眼里被认为是一种经典，一种不亚于京张铁路关沟段的经典。
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