"Flachlandbahn" von Karlsruhe bis Basel
Die Strecke zwischen Karlsruhe und Basel zählt zu den ältesten Eisenbahnstrecken in Südwestdeutschland. Die Längsneigungen von weniger als sechs Promille charakterisieren sie als „Flachlandbahn“. Die Strecke verläuft überwiegend am östlichen Rand der Rheintalebene, entlang der Ausläufer des Schwarzwaldes. Im nördlichen Streckenabschnitt weicht die Rheintalbahn nur in Karlsruhe und Rastatt von dieser Linie ab, um die beiden Städte anzubinden. Im südlichen Abschnitt folgt die Streckenführung oberhalb der Ortschaften Schliengen und Efringen-Kirchen kurvenreich und mit engen Radien der in die Rheinebene hineinragenden Gebirgsformation des Isteiner Klotzes. Eine tiefer liegende Trassierung ähnlich der Bundesautobahn A5 war zum Zeitpunkt des Bahnbaus nicht möglich, denn die Rheinbegradigung war in diesem Bereich noch nicht erfolgt und die Flächen unterhalb der Ortschaften zählten zum Flutbereich des Rheins. Die im 19. Jahrhundert entstandene Streckenführung zwingt die Züge, ihre Geschwindigkeiten stellenweise bis auf Tempo 70 zu reduzieren. Den heutigen Anforderungen an einen modernen Schienenverkehr wird die Strecke damit nicht mehr gerecht.
Die Erweiterung der Strecke um zwei zusätzliche Gleise erfolgt überwiegend parallel zur bestehenden Rheintalbahn. Die beiden vorhandenen Gleise – ausgelegt für eine Höchstgeschwindigkeit von 160 Kilometer pro Stunde – bleiben vornehmlich dem Nah- und Güterverkehr vorbehalten. Der Personenfernverkehr wird auf den neuen Gleisen mit bis zu Tempo 250 geführt.
Eine Ausnahme hiervon bildet der Bereich der sogenannten Freiburger Bucht. Zwischen Riegel und Heitersheim werden die beiden neuen Gleise nicht neben der bestehenden Strecke, sondern parallel zur Bundesautobahn A 5 gebaut. Diese Gleisführung dient dem überregionalen Güterverkehr und wird für eine maximale Geschwindigkeit von 160 Kilometer pro Stunde trassiert. Die bestehende Strecke hingegen wird in diesem Abschnitt – nach der Inbetriebnahme der Güterumfahrung – für eine Geschwindigkeit von 200 Kilometer pro Stunde ertüchtigt und wird vornehmlich vom Personenverkehr genutzt.
Den topografisch schwierigen Bereich zwischen Schliengen und Efringen-Kirchen unterfahren die beiden Gleise der Neubaustrecke im 9,4 Kilometer langen Katzenbergtunnel. Die Streckenverkürzung und die maximale Geschwindigkeit von 250 Kilometer pro Stunde führen hier zu deutlichen Fahrzeitverkürzungen.