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京沪线即京沪铁路，指中国从北京通往上海的铁路，由原京山线北京至天津段、津浦线（天津—林场）和沪宁线（南京—上海）组成，1968年南京长江大桥建成、上述三条铁路线接通后遂出现京沪通道的名称，但并非正式营业铁路线。2006年12月31日起，原京山线北京—南仓段、原京山津浦上下行联络线、原津浦线（不含桥南经由济南站至党家庄段）、桥党联络线及原沪宁线合并为京沪线，正式起用“京沪线”的线路名称并开始统一编排里程。
目前京沪铁路实际里程为1451.4公里（经天津西、济南、蚌埠），为全线双线电气化干线铁路。北京—晏城—济西—党家庄—徐州—不经过蚌埠的外绕曹山线—南京—上海，实际里程为1435.1公里。
京沪铁路连接了中国南北最大的两座城市，而且沿途大都为沿海经济发达地带，因此成为中国目前最繁忙的铁路干线之一，是中国“八纵八横”铁路网的组成部分。虽然京沪线已进行过多次改造和扩能工程，但线路运输能力依然接近饱和，因此另建成京沪高速铁路，以缓解运输压力。
京沪铁路由原京山铁路部分路段、津浦铁路和沪宁铁路于2006年合并而成。铁路线的建设则已历经百年。其中北段原为京山铁路（北京-山海关）的北京至天津段，建于1896年至1901年:15。
中段津浦铁路从天津北站经江苏徐州，原计划向东南直接通向镇江，叫津镇铁路，后改方案为向西南经宿州、蚌埠、滁州，然后到南京的浦口（位于长江北岸，即今南京北站），此段也改称为津浦铁路，于1908年动工，1912年通车。山东省韩庄为界，以北的山东省内以及北段由德国投资建设，以南的江苏、安徽段由英国投资建设。
南段沪宁铁路从上海到南京下关（今南京西站）于1905年动工，1908年建成，由英国投资建设。1949年10月1日，中华人民共和国政府在北京成立以后，多次对这几段铁路进行维修和改造。1958年6月和9月，分别开始对津浦铁路和沪宁铁路开建复线，但因当时中国大陆地区的财政和资源匮乏，以及文革等各类社会运动的干扰，导致这两段线路分别到1978年和1983年才全线建成。
原津浦铁路和沪宁铁路一直被长江相隔，经坐火车南来北上的旅客需要先下车，乘坐渡轮到长江对岸，再到浦口站或下关站换乘列车才能到达目的地在1968年南京长江大桥通车后，津浦铁路与沪宁铁路接轨，浦口至下关的6艘火车渡轮也于1973年5月5日全部停航。
2005年5月10日，为了准备以后的中国铁路第六次大提速，京沪铁路部分路段首次进行重大铁路封闭要点施工，开始更换提速钢轨和提速道岔，并改善轨道曲线半径，提速改造后线路最高容许速度可达200公里/小时。
2005年7月1日，京沪铁路开始进行电气化改造。2006年6月20日起全线供电。2006年7月1日起，京沪铁路正式升级为电气化铁路。同时铁路沿线也陆续加装安全隔离网。
沪宁城际铁路开通运营后，沪宁段货运能力得到极大释放，上海铁路局在开通后就增开了货运列车20对。
蚌埠市的规划机构一直有搬迁蚌埠站的想法，但是因为成本问题和对京沪铁路可能的影响而未能成型。另外，蚌埠市规划院也倾向将车站放在市中心，以便于市民乘坐列车。同时淮河航道局曾在2012年以为提高淮河干流的通过能力为由建议拆除蚌埠淮河铁路老桥，却由于大桥重要的经济、文化和历史意义而遭到了多方反对。至此，蚌埠淮河大桥和蚌埠站将保持原样。
自2019年起，京沪铁路最后一处铁路道口，也就是位于北京市内的的柳村道口已改建为地下通道，意味着京沪铁路全线已经与道路全面立体交叉，不再存在铁路道口。
1980年代，京山线京津区间（简称小京山）客货运输不断增长，造成运输能力紧张。经过多方反复讨论后，铁道部于1982年1月审批了京津三线的计划书，该计划中黄土坡至南仓间新建第三线位于既有下行线一侧:17。京津三线工程于1985年开工，1987年9月建成北京枢纽黄土坡-黄村站区间，当年11月投用；天津枢纽北仓-南仓区间于1989年底投入运营，而剩余区间则于1990年全部建成。目前在京津第三线运行的主要为慢车、超限、单机等特殊列车。
由于既有津浦铁路济南-泰山区间有数个长坡道，影响运输能力，铁道部和济南铁路局决定在党家庄-崮山、青杨-界首间增建第三线。济泰第三线工程于1992年4月开工，1994年10月竣工，并于1995年7月开通投产。济泰第三线为下行货物列车运行线，中间设4个线路所。2001年10月铁路部门对该段进行续建工程，撤销第三线上原有的线路所并将其引入既有津浦线的车站。工程于2002年12月竣工投用。
在淮河退堤工程施工期间，铁路部门建成蚌埠-蚌埠东第三线，以缓解淮河铁路大桥改造期间该区间运输紧张的局面，于1988年10月建成使用。另外，作为南京铁路枢纽工程的一部分，原津浦线南京至南京东第二复线工程于1986年8月开工，1988年8月和12月先后开通南京-兴卫村、和兴卫村-南京东区间:242。
济南铁路是原津浦铁路的一段正线，北起桥南站，经过北园站和济南站，最后到达党家庄站。1958年原津浦铁路济南段进行复线勘测时，勘测单位中铁大桥局认为既有泺口大桥已不适合进行扩建，应在济南枢纽另建双线新桥及编组站。铁道部于1958年12月同意了该枢纽计划。但由于政治及经济因素，该外绕线工程经过多次修改后于1975年方正式开工，1976年完成晏党上行线。1977年完成晏党间、水白间和党白间双线工程，同时新建桥南-北园区间线路。2007年，铁道部为京沪铁路安排里程时，桥南-党家庄联络线被划为了今京沪铁路的正线，而桥党联络线以东的老线则被命名为济南铁路，并成为了京沪铁路和济南铁路地区的一段联络线，列车可通过此线前往邯济铁路和胶济铁路。
1985年开工徐州枢纽改建工程新建设徐州枢纽客货外绕正线，其中徐州北站货车南、东到发正线经由徐州站东侧的徐州南站并接入高家营站；徐州站北到、发正线外包徐州北编组站，于1990年完工投用。
蚌埠铁路枢纽扩建工程规划新建曹老集站至蚌埠东站、经由蚌埠淮河铁路新桥的曹山线。工程于1971年动工、1975年6月完工通车。曹山线建成后，津浦线（现京沪线）的货物列车遂经由新桥和曹山线过河:47, 216-7。
根据《南京市铁路枢纽总图规划（2016-2030）》，京沪铁路未来将建成南京外绕线，使列车（以货车为主）在栖霞区龙潭附近过江，在绕行至六合区后再汇入主线，以减轻对市区的噪音和粉尘污染。同时，龙潭站将从一个小站改造为具备铁路、水路、陆路联运能力的物流节点。