Tuyến đường sắt dài hơn 441 km được quy hoạch đến 2030 và tầm nhìn đến 2050, có điểm đầu kết nối đường sắt Hà Khẩu (Trung Quốc) tại Lào Cai, đi theo hướng đông qua các tỉnh, thành Yên Bái, Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Hà Nội, Hưng Yên, Hải Dương, Hải Phòng và kết thúc tại cảng Cái Lân (Quảng Ninh).
Đường sắt này sẽ tách riêng tuyến hiện hành Hà Nội - Lào Cai, Hà Nội - Hải Phòng; có khổ tiêu chuẩn 1.435 mm, khai thác tàu khách, tàu hàng với tốc độ thiết kế tối đa 160 km/h. Tuyến có đường nhánh đến cảng Nam Đồ Sơn và Lạch Huyện, phục vụ vận chuyển hàng hóa.
Trên tuyến đường sắt có 56 cầu lớn với chiều dài 47,5 km đi qua các con sông Hồng, sông Lô, sông Bạch Đằng và vượt qua các cao tốc như Hà Nội - Lào Cai, Hà Nội - Hải Phòng, Hải Phòng - Quảng Ninh, qua các đường quốc lộ và một số đường tỉnh; có 11 hầm với chiều dài khoảng 10 km.
Đơn vị tư vấn cũng quy hoạch 41 ga trên tuyến, trong đó 10 ga phục vụ cả hành khách và hàng hóa gồm Yên Bái, Phú Thọ, Việt Trì, Vĩnh Phúc, Vĩnh Yên, Tam Hợp, Bắc Hồng, Đông Anh, Lạc Đạo, Hải Dương, còn lại chỉ phục vụ tàu hàng hoặc tàu khách. 5 ga tại các cảng biển Lạch Huyện, Nam Đồ Sơn, Nam Đình Vũ, Đình Vũ.
Tuyến đường kết nối các tuyến khác như đoạn Lào Cai nối với đường sắt Trung Quốc, đoạn Hà Nội nối với các tuyến đường sắt quốc gia và đoạn Hải Phòng kết nối với các cảng biển.
Sau khi tư vấn hoàn thiện báo cáo cuối kỳ, bản quy hoạch tuyến đường sắt Lào Cai - Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh sẽ trình Bộ Giao thông Vận tải và các cấp có thẩm quyền xem xét.
Theo tư vấn lập quy hoạch, đường sắt quốc gia trục Đông - Tây hiện nay có hai tuyến chính là Hà Nội - Hải Phòng và Hà Nội - Lào Cai có khổ hẹp 1.000 mm, với tiêu chuẩn kỹ thuật và năng lực vận tải thấp, không thể thỏa mãn khi nhu cầu vẫn tăng cao trong tương lai.
Trong khi đó, trục đường sắt Đông - Tây nối với cảng biển phía đông tại Hải Phòng lên vùng Tây Bắc hiện chiếm gần 50% khối lượng vận tải cả hành khách và hàng hóa của hệ thống đường sắt quốc gia.
Việc đầu tư cảng cửa ngõ quốc tế Lạch Huyện và cụm cảng khu vực Hải Phòng - Quảng Ninh, phát triển vận tải đường sắt trên hành lang kinh tế Đông Tây "Lào Cai - Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh" được cho là rất cần thiết. Tuyến đường sắt mới sẽ kết nối với đường sắt khổ 1.435 mm của tuyến Côn Minh - Hà Khẩu Bắc của Trung Quốc qua cửa khẩu Lào Cai, thuận lợi cho vận chuyển hàng hóa.
Năm 2019, Viện Khảo sát thiết kế số 5 đường sắt Trung Quốc (đơn vị tư vấn) từng nghiên cứu quy hoạch tuyến đường sắt Lào Cai - Hà Nội - Hải Phòng dài 388 km, kết nối đường sắt Hà Khẩu (Trung Quốc), đi qua 8 tỉnh, thành phố của Việt Nam. Quy hoạch này đến nay chưa được các cấp có thẩm quyền phê duyệt.