Железнодорожная магистраль Санкт-Петербург — Москва проходит по территории Санкт-Петербурга и Москвы, Ленинградской, Новгородской, Тверской и Московской областей. Численность населения района, обслуживаемого железной дорогой, составляет более 25 млн человек, что обеспечивает устойчивый пассажиропоток по линии.
В 1989–1994 годы «Ленгипротранс» разработал проект новой высокоскоростной магистрали Санкт-Петербург — Москва (ВСМ-1). Однако по экономическим причинам вместо строительства ВСМ-1 была проведена реконструкция существующей линии Санкт-Петербург — Москва с увеличением скорости до 200 км/ч. Спустя несколько лет возникла необходимость в очередной модернизации железной дороги для организации движения высокоскоростных поездов.
В процессе реализации проекта были построены путепроводные развязки с автодорогами.
Также были уложены кривые участки пути и переустроены станции. На протяжении линии созданы контактная сеть, устройства сигнализации, централизации и блокировки, организована связь.
В декабре 2009 года по маршруту Москва — Санкт-Петербург прошел первый высокоскоростной поезд «Сапсан».
