沪昆铁路从上海南站引出，向西南和沪杭高铁平行，经过松江区、嘉兴市、海宁市到达杭州市，正线在杭州乔司站转弯向东南进入杭州东站和杭州南站（大部分普速列车继续向西南进杭州站，沿复兴路穿过大慈山过钱塘江向东，在萧山区西山公园向南进入沪昆线），过钱塘江穿过萧山区。经过诸暨市转向西南经过义乌市到金华市变为东西走向。
沪昆铁路继续向西，经过衢州市、鹰潭市，正线在向塘镇以南的梁家渡大桥和潭岗大桥跨过抚河，在南侧越过南昌市（原沪昆铁路要经过向塘站，在向塘站向北进入南昌站，梁家渡--潭岗跨线桥于2005年底建成。）向西南进入丰城市，在樟树市过赣江，向西经过新余市、宜春市、萍乡市，过罗霄山进湖南，过醴陵市向西通过五里墩站进入株洲。以株洲站为界，株洲以东为东沪昆铁路，以西为西沪昆铁路。
由株洲枢纽离开继续向西，过湘江经湘潭市、娄底市、冷水江市穿越雪峰山到怀化市，向西南进入贵州凯里市，向西进入贵阳市（沪昆正线在南侧越过贵阳，客运列车经贵阳南站和贵阳站由北转向南）。向西进入安顺市、六盘水市转西南方向过乌蒙山经云南宣威市，曲靖市，到达春城昆明市。 上海市
浙江省：嘉兴、杭州、金华、衢州
江西省：上饶、鹰潭、抚州、南昌、宜春、新余、萍乡
湖南省：株洲、湘潭、娄底、邵阳、益阳、怀化
贵州省：铜仁、凯里、贵阳、安顺、六盘水、毕节
云南省：曲靖、昆明 新桥站：新闵支线，金山支线
杭州站：杭甬线，宣杭线
杭州东站：宁杭高铁，杭甬高铁，沪昆高铁
东孝站：金温铁路
金华站：金千铁路
上饶站：合福高铁（上跨沪昆铁路），铅山支线（沪昆铁路转到横南铁路）
横峰站：横南铁路
贵溪站：皖赣铁路
鹰潭站：鹰厦铁路
向塘站：京九铁路，向莆铁路
张家山站：张塘铁路
分宜站：分文铁路
醴陵站：醴茶铁路
株洲站：京广铁路
向韶站：韶山铁路
娄底站：娄邵铁路
怀化站：焦柳铁路，渝怀铁路
贵定站：黔桂铁路
贵阳站：渝黔铁路
六盘水站：内六铁路（内昆铁路在梅花山站转向走沪昆铁路）
