La ligne nouvelle est raccordée à la LGV Méditerranée au niveau de la gare de Lyon Saint-Exupéry, au Contournement Ferroviaire de l’Agglomération Lyonnaise et à la ligne Grenoble-Lyon.

L’insertion du projet dans ce secteur qui présente de forts enjeux pour l’agriculture, pour le milieu naturel et pour l’écoulement des eaux de surface et souterraines, a fait l’objet d’une approche multi-partenariale qui se poursuivra dans les étapes d’études ultérieures.

A la sortie du tunnel de Bourgoin-Ruy, la ligne franchit l'A43 et la Bourbre avant de passer sous l'A48. Elle est ensuite jumelée avec les infrastructures existantes (A43 et ligne ferroviaire Lyon-Grenoble) afin de préserver le territoire et d'assurer les raccordements au réseau existant.

De part et d’autre de ce tunnel monotube à deux voies d’environ 2,4 km, la ligne nouvelle est raccordée à la ligne existante Lyon-Grenoble.

La ligne nouvelle longe l’A43 jusqu’à Romagnieu. A Avressieux, l’itinéraire mixte se dédouble. Il se poursuit en direction de Chambéry via le tunnel de Dullin-L’Epine ; le trafic fret emprunte le tunnel de Chartreuse en direction de la Combe de Savoie.

Long d’environ 15 km, il permet de traverser les massifs de Dullin et de L’Epine pour relier l’Avant-Pays Savoyard à la Cluse de Chambéry. L’ouvrage est composé d’un tunnel bitube (un tube par sens de circulation). 

Dans la Cluse de Chambéry, la ligne nouvelle est raccordée en direction d’Aix-les-Bain et d’Annecy et se jumelle à  la ligne existante jusqu’aux abords de la gare de Chambéry.

Destiné au fret et long d’environ 25 km, ce tunnel monotube à une seule voie franchit le massif de Chartreuse et relie l’Avant-Pays Savoyard à la Combe de Savoie.

A la sortie du tunnel de Chartreuse, la ligne nouvelle contourne la zone Natura 2000 des Corniols, franchit l’autoroute A41 et l’Isère via un viaduc de 302 m de long. Elle se connecte ensuite à la ligne Grenoble-Montmélian et se poursuit en direction de Saint-Jean-de-Maurienne via le tunnel de Belledonne.

Une descenderie est réalisée depuis Détrier afin de permettre une attaque intermédiaire pour la construction du Tunnel de Belledonne. Longue de 600 m environ, elle sert ensuite d’accès de secours et de maintenance.

Long de 19,7 km, ce tunnel monotube à une seule voie permet de franchir le massif de Belledonne ; il relie la Combe de Savoie à la vallée de la Maurienne.

Long de 9,5 km environ, ce tunnel monotube à une seule voie franchit le massif du Glandon et relie Saint-Etienne-de-Cuines à Saint-Jean-de-Maurienne.

La partie française de la ligne nouvelle Lyon-Chambéry-Turin se termine à Saint-Jean-de-Maurienne où elle sera raccordée à la partie internationale du projet.