大西高铁是国家中长期铁路规划网的重要组成部分，北起山西大同，经朔州、忻州、太原、晋中、临汾、运城、渭南等9市31县（区）至陕西西安，全长859公里。线路设计行车速度250公里/小时，原平~西安段基础设施预留进一步提速条件。按照发改委相关文件要求，大西高铁大同至原平段先期利用北同蒲三四线160 km。大西高铁建成后，大同至西安列车运行时间将由现在的16个多小时缩短至5个多小时。2009年12月3日，大西客运专线原平~西安段正式开工，工期4.5年。
2014年7月1日太原到西安段已通车，原平~太原段预计2015年通车。大同至西安铁路原平西至北同蒲联络线工程计划竣工日期为2016年7月31日，届时动车组可实现贯通大西全线。