线路自汕尾站引出至比较起点后，于既有厦深铁路南侧 482m 处上跨螺河，南绕碧桂园小区，上跨 338 省道、乌坎港，以隧道形式穿过望尧村南侧高山，南绕下塘村后折向东北，绕避什厝村南侧的硫铁矿採空区及金高椅水库附近的控制性区域，折向东南，于南塘镇西南侧新设陆丰南站，出站后南绕南塘镇，两跨省道 338 向东至比较终点。

汕头至汕尾铁路正线全长约 162.75公里。车站共设5 座，其中，汕尾站、汕头站为既有站，陆丰南站、惠来站、潮南站为新建站。

汕尾至汕头铁路（汕尾段）线路自厦深铁路汕尾站东端引出，经城区，下穿厦深铁路及油田水库一级水源保护区，经海丰县于厦深线南侧1.15km处穿广东海丰鸟类自然保护区跨流沖河进入陆丰，与既有厦深线南侧并行，后折向东于厦深铁路南侧482m处上跨螺河，穿过陆丰市碧桂园小区南侧，上跨338省道后，于东海镇南约3km的东海镇乌坎村北侧设陆丰南站，出站后上跨乌坎港，以隧道形式穿过望尧村南侧高山，南绕下塘村后折向东北，经南塘镇南侧，设汕尾南塘站，出站后向东跨鳌江进入揭阳市惠来县。