山西中南通道鐵路（山東段）經梁山、東平至泰安南，跨京滬線和在建的京滬高速鐵路後，轉向東北，
至辛泰線範鎮站，之後利用辛泰線增建二線至萊蕪東站，出站後經沂源、沂水、莒縣、莒南文疃、嵐山巨峰南至日照南站，山東段長為 418.228km。
具體路線是：於將軍渡跨越黃河後穿東平湖滯洪區，經梁山、東平、寧陽、泰安市岱嶽區、新泰，線路先後跨越京福高速公路、京滬鐵路、國道G104、京滬高速鐵路，經徂徠山南側跨越京滬高速公路、汶河、泰萊高速公路、辛泰線，經萊蕪市北側，之後沿青蘭高速公路東行，跨越辛泰線、博萊高速，之後轉向東南經沂源、沂水、莒縣、莒南，翻越鋪子山後與新荷兗日線在新建巨峰南站並站，之後線路轉向東跨過沈海高速後至本次設計終點日照南站DK1279+800。本段正線線路長度572.340km，其中配套建設與京九線、京滬線的聯絡線，全長34.178km。其中，與京九線聯絡線長度為13.87km，與京滬線聯絡線長度為20.308km。在巨峰南站與兗日線並站引起兗日線改建，改建長度為6.611km（單線）。