从今山西大同至永济市蒲州镇。全长约854公里。清宣统元年(1909)动工，先修太原至平遥段，1911年后时断时续。至1936年从太原到风陵渡的同蒲路南段建成;从1935年至1939年太原至大同段也建成通车。1938年原平以北改成经朔县(今朔州市)至平旺。次年将榆次至太谷段拆除，以正太铁路的榆谷支线代替。

分北同蒲、南同蒲两段：北同蒲自山西省大同至太原，全长347千米;晋中(榆次)以南为南同蒲，终点为河南省孟塬，长503千米。中间由石太铁路西端连接。1933年南、北两段同时施工。北段于1936年自太原修至阳方口，为窄轨，1939年修至大同附近平旺，全段改成标轨;南段于1935年底筑至风陵渡，初亦为窄轨，1956年改标轨，1970年潼关黄河大桥建成后改以河南孟塬为终点并和陇海铁路接轨。北同蒲于1982—1990年建复线和电气化工程。南同蒲榆次—修文段和修文—侯马段分别于1978—1979年和1981—1989年建成复线。连接山西省主要城市，与集二、太焦、焦柳等线连成全国南北交通大通道之一。