汉巴南铁路自汉中站引出，途经汉中市、巴中市，进入南充市，正线全长约300公里。其中，汉中市线路长度57.33公里，巴中市境内133.7公里，南充市境内106.8公里，按照时速250公里设计。
该铁路是一条区域干线铁路，途经汉中、巴中、南充三市，向南与兰渝铁路相连，形成向兰州、宁夏、内蒙古的西北大通道；向重庆、贵州及广西、广东的南下大通道；向北与西成客专交汇，形成向西安、郑州的北上大通道，承担沿线地区的客货运交流任务，为地区间经济实现互补提供更加有利的条件。