曆史沿革
2007年2月，中華人民共和國國家發展和改革委員會批複《包頭至西安鐵路通道擴能改造工程可行性研究報告》。
包頭至大保當段（包頭經蒙陝界至大保當）
2005年，原西安市鐵路局委托鐵道科學研究院承擔新建鐵路包西通道包頭至大保當段的環境影響評價工作。12月28日，包西鐵路包神段（包頭至神木）控制性工程開工建設。
2006年9月，鐵道科學研究院編制完成了《新建鐵路包西通道包頭至大保當段環境影響報告書》。12月，中華人民共和國國家環境保護總局批複《新建鐵路包西通道包頭至大保當段環境影響報告書》。
2009年12月26日，包西鐵路内蒙古境内北段（包頭站至罕台川站）開通運營。
2010年10月31日，包西鐵路内蒙古段全線開通。
大保當至新豐鎮段（大保當經延安經張橋至新豐鎮）
2000年6月，中鐵第一勘察設計院集團有限公司編制完成了《西安至延安鐵路擴能改造工程預可行性研究報告（送審稿）》上報中華人民共和國鐵道部。
2003年5月至6月，西延鐵路擴能改造工程從既有線提速改造和全線增建第二線及生産力重新布局等方面進行了方案研究。
10月21日，中華人民共和國鐵道部計劃司在北京主持召開了西延線擴能改造補充方案論證會，經各方充分論證後，采用近期延安北至鐘家村段單線擴能，張橋至新豐鎮段增建第二線的應急措施。
2004年3月29日，中華人民共和國國家發展和改革委員會批準西安至延安鐵路擴能改造工程立項。7月，中華人民共和國國家環境保護總局批複《西安至延安鐵路擴能改造工程環境影響報告書（報批稿）》。
7月，中華人民共和國鐵道部印發《關于西安至延安鐵路擴能改造工程鐘家村至新豐鎮初步設計的批複》。
9月，西安至延安鐵路擴能改造工程鐘家村至新豐鎮段正式開工建設。
2005年6月，由于西安至延安鐵路擴能改造工程納入包西鐵路通道，且設計标準提高，已開工程全面停工。
2006年2月，中華人民共和國鐵道部批複《西安至延安鐵路擴能改造工程張橋至新豐鎮段增建第二線Ⅰ類變更設計》，同意建設單位複工建設，取消鐘家村站至張橋站間增建第二線工程（歸入包西線），張橋至新豐鎮最小曲線半徑從1200米變為2800至3500米。
11月，中華人民共和國國家環境保護總局批複《包西鐵路通道大保當至張橋段環境影響報告書》。
2007年6月，包西鐵路張橋至新豐鎮增建二線開通試運營。11月25日，包西鐵路陝西段建設動員大會在清澗站舉行，标志着包西鐵路陝西段開工建設。
2008年8月7日，沙西溝2号隧道貫通，标志着包西鐵路陝西段首座隧道貫通。
2010年4月22日，10240米長的慶興隧道順利貫通。
2010年4月28日，全長3668米的辛店隧道順利貫通。
2010年4月30日18點25分，最長的雙繞段K327+659.92～K328+500、K329+100～K330+338.11雙繞段比計劃時間提前20分鐘一次性撥接成功。
2010年6月29日，包西鐵路蒙陝省界至大保當段開通運營。10月23日，包西鐵路大保當至魚河段開通運營。12月28日，包西鐵路陝西段首發貨物列車從延安站駛出，包西鐵路陝西段開通運營，标志着包西鐵路全線交付使用。
全線
2011年1月4日，根據中華人民共和國鐵道部《關于包西線開辦客貨運輸試運營有關事項的通知》（鐵運電[2011]12号），将新建包西線罕台川北至大保當段、甘泉北至張橋段與既有包西線包罕段、大保當至甘泉北段、張橋至新豐鎮段重新公布為包西線，其中張橋至新豐鎮段為國鐵，包頭至張橋段為國鐵控股合資鐵路，包頭至新街段屬新包神鐵路有限責任公司，新街至張橋段屬陝西西延鐵路有限責任公司。
既有包西線大保當至神木北段線路命名為神大線，既有包西線甘泉北至鐘家村段線路命名為甘鐘線。
1月11日，包西鐵路開始客運業務。
線路站點
設計參數
沿線車站
線路走向
包西鐵路起自内蒙古包頭站，經鄂爾多斯市、榆林市、延安市至西安新豐鎮站。包頭至大保當段239.8千米新建雙線，大保當至甘泉北段355.3千米增建二線，甘泉北至張橋段205.8千米新建雙線，并同步實施包頭、西安鐵路樞紐配套工程。
包西鐵路包頭至大保當段位于内蒙古中南部、陝西省北部，北起京包鐵路包頭樞紐，向南經内蒙古自治區鄂爾多斯市達拉特旗、東勝區、伊金霍洛旗、陝西省榆林市神木縣，終至大保當站，線路全長236.67千米。
包西鐵路大保當至張橋段位于陝西省境内，自北向南縱貫榆林、延安、渭南三市，線路北起大保當站，向南依次經榆林、米脂、綏德、清澗、子長、延安、甘泉、富縣、黃陵、蒲城等市縣，至張橋站，工程正線全長561.644千米，大保當至延安段增建二線322.688千米，延安至張橋新建雙線238.956千米。
運營情況
融入國鐵
2011年1月11日，随着K1117次旅客列車汽笛一聲長鳴，包西鐵路正式邁出了客運業務的步伐。與此同時，原鐵道部實行新一輪的運行圖調整，在這次調圖中，包西鐵路正式加入了中國鐵路客運大家庭。
調整運行區間列車
1.邯鄲~包頭K218/9、K220/17次于包頭與石家莊之間改為包西線、太中銀線、石太客運專線運行。
2.1674/3次變更為呼和浩特經由包頭至西安，線路調整為途經京包線、包西線。
3.北京西～西安Z19/20次改經由石太客專、太中、包西線運行。
4.北京西～西安Z53/4次改經由石太客專、太中、包西線運行。
5.北京西～西安T41/2次改經由石太客專、太中、包西線運行。
6.北京西～延安T43/6、T45/4次改經由石太客專、太中、包西線運行，運行區段變更為北京西～西安，車次變更為T43/4次。
7.天津～西安K213/4次改經由石太客專、太中、包西線運行。
8.北京西～包頭1115/6次改經由京九、石德、石太客專、太中、包西線運行，變更為快速旅客列車，車次為K1115/8、K1117/6次，呼和浩特局擔當。
新增列車
太原~包頭2681/2次列車，經太中銀線，包西線運行，使用非空調車底，由太原鐵路局擔當；包頭~西安1091/2次普客列車，經包西線運行，由西安局擔當。
西延動車
2012年7月1日，包西鐵路西延段開行動車組：西安鐵路局使用一組CRH2A型列車開行一對往返于西安與延安之間的動車組，西安北—延安區間運行2個半小時，一、二等座票價分别為115元和96元。
由于西延動車上座率高，運營情況良好，自2012年10月12日起，西安鐵路局增開一對西延動車組，原來的一對列車運行時刻也相應的作出調整。最新的西延動車運行時刻如下：
建設成果
建設目标
包西鐵路目标時速160千米，預留時速200千米條件。
包西鐵路由鐵道部和陝西省政府共同投資興建，是國家“十一五”和《中長期鐵路網發展規劃》的重點工程，是中國鐵路網八縱八橫主骨架包(頭)柳(州)大通道的重要組成部分。
據西安鐵路局西安重點工程指揮部指揮長張躍新介紹，包西鐵路陝西段北起陝西、内蒙古交界，南至太西線的張橋車站，縱貫西安、渭南、延安、榆林四個城市的18個區縣，全長624.6千米，其中有隧道94座，特大橋70座，為國家一級雙線電氣化鐵路，鐵路速度目标值每小時160千米/小時(西延段200千米/小時)。
工程投資總額為167.3億元，建設工期36個月，由西安鐵路局負責承建。開通運營後，年貨物運量達到5500萬噸以上，旅客列車将達到17對以上，完全能夠滿足當前及今後一段時期的運輸需要。
重點工程
包西鐵路内蒙古段全線建有雙線特大橋16座和大橋19座、涵洞185座、隧道4座，其中飛跨黃河的特大橋全長3918米，距水面最高處27.5米，烏蘭木倫河特大橋最高墩55米，活沙兔隧道全長4254米。
包西鐵路省大段處于沙化地區，并穿越毛烏素沙漠，面臨風積沙路基修築防護難題。
冒天山隧道
冒天山隧道全長14.915千米，是包西鐵路第一黃土長大隧道；隧道地處黃土高原梁溝壑區，地質結構複雜、安全隐患多。
黑龍溝大橋
黑龍溝大橋全長466.26米，孔跨布置為9跨48米簡支箱梁，以兼有陝西段最深樁基、最高墩而成為包西鐵路全線控制工程。該橋基礎采用鑽孔灌注樁，樁基最深75.米，最高墩達65米。
2010年4月，黑龍溝大橋主體全部完工。
桑樹灣隧道
桑樹灣隧道全長5178米，是包西鐵路第三長隧，也是全線地質最複雜、工期最緊張、施工難度最大的一座隧道。
2008年3月15日，桑樹灣隧道開工。2009年12月19日，桑樹灣隧道貫通。
新寶塔山隧道
新寶塔山隧道于2008年4月開工，全長2166米，屬于陝北黃土高原梁峁溝壑地貌，地勢陡峻，地形起伏較大，是包西鐵路地質最複雜的隧道之一。
2010年2月6日，新寶塔山隧道貫通。
新九燕山隧道
新九燕山隧道是包西鐵路全線的頭号重點控制性工程，位于延安市寶塔區與甘泉縣交界處，全長9383米，開挖寬度達12.8米。隧道穿越土質極其松散破碎的大面積黃土地帶和9段地質條件極其複雜的含水量十分豐富的滑坡體。同時，新九燕山隧道還要下穿甘鐘鐵路洪市溝二号隧道，新建隧道拱頂與原有隧道底部的距離隻有7.8米。
2010年5月25日，新九燕山隧道1#、2#斜井正洞貫通。11月21日，新九燕山隧道貫通。
黃河特大橋
黃河特大橋橋長3912.32米，其主橋采用了受力明确、抗震性能好、施工速度快的簡支鋼桁結構，是包西鐵路控制性工程。
烏蘭木倫特大橋
烏蘭木倫特大橋橋長2611.94米，橋墩采用雙線圓端型實體墩、空心墩兩種，橋墩最高高度達48.5米。
該工程在施工中有四大難題：
一是北方冬季低溫條件下施工；
二是高墩施工；
三是施工地段地處鄂爾多斯市高原毛烏束沙漠與庫布奇沙漠之間，水資源緊缺，施工期間沙塵暴、暴風雪時有發生；
四是施工地區為世界高紫外線重災區，自然環境十分惡劣。
2010年5月25日，烏蘭木倫特大橋主體工程完工。
建設規劃
包頭至西安鐵路自内蒙古包頭市至陝西西安市，由鐵道部和内蒙古自治區、陝西省政府共同投資興建，是國家“十一五”和《中長期鐵路網發展規劃》的重點工程，也是中國鐵路網八縱八橫主骨架包（頭）柳（州）大通道的重要組成部分。為國鐵一級雙線電氣化鐵路，正線（包頭至西安樞紐張橋站）全長800.9千米。
規劃運輸能力為客車25對/日，貨運10000萬噸/年以上。
價值意義
包西鐵路内蒙古段的貫通，對内蒙古西部地區煤炭外運，帶動區域經濟協調持續發展具有十分重要的意義。（中國水利水電建設集團公司評）
包西鐵路包神段的修建将貫通包柳通道，發揮通道整體路網功能，真正提高通道整體運輸效率和效益。此外，它還将成為内蒙古鄂爾多斯和陝西神木地區煤炭外運的重要通路，是大秦鐵路煤炭集疏運輸的主要後方通路。（新華社評）
包西鐵路是國家“中長期鐵路網規劃”的重點建設項目，也是“十一五”國家鐵路重點建設項目，是西北地區鐵路網骨架的重要組成部分。
建成後将以煤炭運輸為主、客貨兼顧，是國家十三個大型煤炭基地中陝北、黃隴煤田煤運的重要通道。對促進陝北、黃隴兩大煤炭基地大規模綜合開發利用，加快陝西、蒙西能源化工基地建設，提升煤炭外運能力具有戰略意義。它是連接京包、包蘭、西康、隴海等重要幹線的一條大能力鐵路運輸通道，在西部乃至全國鐵路網建設中具有舉足輕重的地位，同時也是陝北能源化工産品外運的主要通道。
包西鐵路開通第一年，實現發送旅客四十萬人次，同時帶動了沿線旅遊業發展，加強了文化交流。
