Theo đó, tại báo cáo nghiên cứu tiền khả thi Dự án Đường sắt tốc độ cao trên trục Bắc – Nam, hướng tuyến đường sắt tốc độ cao trên trục Bắc – Nam sẽ bắt đầu tư Ga Ngọc Hồi, thành phố Hà Nội và ga cuối của dự án là Ga Thủ Thiêm, thành phố Thủ Đức (Thành phố Hồ Chí Minh).  

Trong đó, đoạn đi qua địa bàn tỉnh có hướng tuyến cơ bản đi chung hành lang về phía Đông của tuyến đường bộ cao tốc Phan Thiết – Dầu Giây. Đến địa phận huyện Cẩm Mỹ, tuyến rẽ trái đi vào đường trục trung tâm Cảng hàng không quốc tế (sân bay) Long Thành, bố trí thêm nhánh rẽ phải đi dọc theo đường Vành đai 4 – Thành phố Hồ Chí Minh lên phía Bắc để kết nối với Ga hàng hóa Trảng Bom phục vụ trung chuyển hàng hóa. Ga hành khách Long Thành đặt tại khu vực trung tâm Sân bay Long Thành thuộc xã Bình Sơn, huyện Long Thành.

Sau đó tuyến đi về phía Nam, dọc theo hành lang tuyến đường cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây để về Ga Thủ Thiêm.