深茂铁路（项目定位是深茂快铁）线路起于江门南站，出站后绕避小鸟天堂及梁启超故居，折向西沿规划银鹭大道跨南坦海，上南坦岛，过潭江设双水站，沿539县道折向南，跨新台高速公路设台山站，跨S274设开平车站，越潭江支流，跨Y275，设恩平站，进入阳江市境内。
线路进入阳江市后，两跨G325国道，沿那龙河南岸，设合山站，沿百足山北侧向南，跨广东西部沿海高速公路与S277省道，跨那龙河，沿雅白线公路设阳江站。出阳江站后，两跨漠阳江支流，过广茂铁路阳江支线，向西新圩越丰头河设阳西站，跨广湛高速后，进入茂名市境内。
线路进入茂名市电白区望夫镇，途经望夫、马踏、观珠、霞洞、林头、坡心、羊角以及茂南开发区8个镇（开发区），终点为茂东火车站，沿途设有茂名港北（原马踏站）、电白东（原观珠站）、电白站（货运站）三站。