O traxecto Madrid-Valencia, de 391 quilómetros de lonxitude, percorre as provincias de Madrid, Toledo, Cuenca e Valencia. Forma parte da Liña de Alta Velocidade Madrid-Castela A Mancha-Comunidade Valenciana-Rexión de Murcia, de 955 km de dobre vía en calibre UIC, electrificada e adaptada aos máis esixentes parámetros de alta velocidade.
Avanza ao longo de 27 km pola Comunidade de Madrid, pola liña de alta velocidade que une Madrid e Andalucía. Posteriormente, a ruta bifúrcase a través do enlace de Torrejón de Velasco, atravesando as provincias de Toledo, Cuenca e Valencia, ata a estación de Valencia Joaquín Sorolla.