Tháng 4/2010, dự án đường sắt cao tốc Hà Nội - TP HCM được Chính phủ trình Quốc hội vì cho rằng đến năm 2030, nhu cầu hành khách trên hành lang vận tải Bắc - Nam sẽ là 534.000 người mỗi ngày. Nếu không xây dựng đường sắt cao tốc, nhu cầu vận tải hành khách sẽ vượt năng lực của các loại hình vận tải. Đường sắt cao tốc sẽ đáp ứng được yêu cầu chuyên chở khách sau năm 2035 và trong tương lai trên trục Bắc - Nam.
Chính phủ đã nghiên cứu 4 phương án đầu tư và lựa chọn phương án nâng cấp tuyến đường sắt; đồng thời xây dựng mới tuyến đường sắt với tốc độ thiết kế 350 km/h, tốc độ khai thác 300 km/h để chuyên chở hành khách. Đoàn tàu sẽ sử dụng công nghệ động lực phân tán (EMU) với đại diện là tàu Shinkansen của Nhật Bản.
Toàn tuyến dài 1.570 km, từ ga Ngọc Hồi (Hà Nội) tới ga Bình Triệu (TP HCM). Các ga đầu cuối kết nối với hệ thống giao thông của 2 thành phố lớn bằng đường sắt trên cao. Tuyến đường sắt sẽ nằm trên các cầu cạn, cầu vượt sông và đường bộ, hầm... Bộ Giao thông Vận tải đề xuất đến năm 2020 sẽ hoàn thành từ Hà Nội - Vinh và đoạn Nha Trang - TP HCM; năm 2030 sẽ hoàn tất đoạn Vinh - Đà Nẵng và hoàn thành toàn tuyến vào 2035.
Nghiên cứu này đã được Hội đồng thẩm định nhà nước thông qua; các cấp có thẩm quyền tán thành về chủ trương. Tuy nhiên, Quốc hội khóa XII, tại kỳ họp thứ 7 (tháng 6/2010) đã không thông qua do còn nhiều tranh luận, trong đó có ý kiến cho rằng Việt Nam làm tàu cao tốc lúc này "giống như gia đình ở nhà tranh vách đất muốn mua biệt thự thay vì tích tiền xây nhà ngói".
Việc Quốc hội bác một dự án quan trọng quốc gia như đường sắt cao tốc là điều hiếm khi xảy ra trong lịch sử nghị trường.
Giai đoạn 2011-2013, Chính phủ tiếp tục nghiên cứu đường sắt tốc độ cao. Với sự hỗ trợ kỹ thuật của Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA), Bộ Giao thông Vận tải tập trung nghiên cứu hai đoạn tuyến Hà Nội - Vinh và TP HCM - Nha Trang với quy mô đường đôi, khổ 1.435 mm, tốc độ thiết kế 200 km/h và 350 km/h. Kết quả nghiên cứu này đã được cập nhật trong chiến lược và quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường sắt được Thủ tướng phê duyệt vào năm 2015.
Cụ thể, từ năm 2020 đến 2030: Triển khai xây dựng mới tuyến đường sắt tốc độ cao (trước mắt khai thác tốc độ chạy tàu từ 160 km/giờ đến dưới 200 km/giờ), đường đôi, khổ 1.435 milimet, điện khí hóa, hạ tầng tuyến có thể đáp ứng khai thác tốc độ 350 km/giờ trong tương lai...
Giai đoạn 2017-2019, Luật Đường sắt được Quốc hội phê duyệt vào năm 2017 tạo hành lang pháp lý để nghiên cứu dự án đường sắt tốc độ cao, bởi trong Luật có một chương đưa ra các mục tiêu, yêu cầu cụ thể về loại hình này.
Năm 2017, Bộ Giao thông Vận tải đã giao Liên danh tư vấn Tedi - Tricc - TediSouth phối hợp tư vấn quốc tế nghiên cứu lại dự án đường sắt tốc độ cao.
Các đơn vị tư vấn đã nghiên cứu 3 kịch bản: Một là nâng cấp năng lực đường sắt hiện tại từ 50 km/h lên 70 km/h; Hai là nâng cấp tuyến đường sắt hiện tại khổ 1.000 mm lên đường đôi khổ 1.435mm để khai thác tàu khách và tàu hàng, với tốc độ khai thác tối đa 200 km/h; Ba là nâng cấp tuyến đường sắt hiện nay và xây dựng mới đường sắt tốc độ cao 350 km/h để khai thác tàu khách.
Theo nghiên cứu của tư vấn, phương án 2 của tuyến đường sắt đi qua nhiều khu đô thị, dân cư nên có khối lượng giải phóng mặt bằng lớn, trong khi đó tuyến đường sắt mới sẽ phải giải phóng mặt bằng ít hơn và có khả năng rút ngắn chiều dài tuyến để giảm chi phí.
Tháng 2/2019, Bộ Giao thông Vận tải trình Thủ tướng báo cáo nghiên cứu tiền khả thi dự án đường sắt tốc độ cao Bắc - Nam, đề xuất phương án đường sắt tốc độ thiết kế 350 km/h, với tổng vốn 58,7 tỷ USD, phân kỳ đầu tư các đoạn Hà Nội - Vinh và Vinh - Nha Trang xây dựng trước năm 2032, còn lại hoàn thành trước năm 2050.
Bộ Giao thông Vận tải đã trao đổi, thống nhất với 20 địa phương thuộc phạm vi nghiên cứu dự án và tổ chức 3 hội thảo lớn, 4 báo cáo chuyên đề để lấy ý kiến phản biện của các nhà khoa học, chuyên gia. Mục tiêu được đặt ra là trình Quốc hội chấp thuận chủ trương đầu tư dự án vào kỳ họp cuối năm 2019.
Tuy nhiên, trong báo cáo gửi Thủ tướng vào tháng 6 vừa qua, Bộ Kế hoạch Đầu tư nêu ý kiến các chuyên gia cho rằng, việc đầu tư dự án 58,7 tỷ USD sẽ có nhiều rủi ro, tác động xấu đến nguồn vốn đầu tư phát triển. Cụ thể các dự án đầu tư khác phải đình hoãn để tập trung vốn cho đường sắt tốc độ cao trong 30 năm và lâu hơn nữa. Toàn bộ tuyến đường sắt tốc độ cao chỉ chở khách thì không giải quyết được tình hình vận tải hàng hóa để giảm chi phí vận tải.
Bộ Kế hoạch Đầu tư khẳng định, theo số liệu đánh giá của Đức và Hà Lan thì tốc độ chạy tàu 200 km/h là hiệu quả, tổng mức đầu tư khoảng 26 tỷ USD, thời gian lưu thông Bắc Nam 8 giờ là hợp lý. Phương án này cũng phù hợp với các chỉ đạo của Thủ tướng về chiến lược và quy hoạch đường sắt đến năm 2050.
Ngày 11/7, Thủ tướng đã quyết định thành lập Hội đồng thẩm định Nhà nước để thẩm định báo cáo nghiên cứu tiền khả thi dự án đường sắt tốc độ cao Bắc Nam do Bộ Giao thông Vận tải trình.