2014年4月7日，大西高速铁路太西段进行联调联试。7月1日，大西高速铁路太西段正式通车。

2015年6月26日，大西高速铁路原阳段进行联调联试。8月1日，大西高速铁路原阳段开启综合试验。

2018年9月28日，大西高速铁路原太段正式开通运营。

2019年5月1日，怀仁东至太原南段先期利用韩原铁路正式开行动车组列车。12月30日，大同南至怀仁东段先期利用韩原铁路与张大客专正式开行动车组列车。

2023年7月17日，为推动区域社会经济发展，充分发挥高铁经济效益，大西高速铁路提速改造工程发布勘察设计招标公告。提速改造项目从原平西至西安北，全长686.9km。

大西高速铁路全线共设27个车站，由北向南分别为：大同南站、怀仁东站、应县西站、山阴南站、朔州东站、代县西站、原平西站、忻州西站、阳曲西站、太原南站、晋中站、太谷西站、祁县东站、平遥古城站、介休东站、灵石东站、霍州东站、洪洞西站、临汾西站、襄汾西站、侯马西站、闻喜西站、运城北站、永济北站、大荔站、渭南北站和西安北站。其中大同南站至原平西站段暂未开通。

大西高速铁路北起山西省大同市，自北向南贯穿山西省中部，在山西永济市跨越黄河进入陕西渭南市，经临潼至西安，全长859千米。

大西高速铁路开通运营初期，大西高速铁路每天将开行列车20对。遇春暑运、小长假等客流高峰期，还将开行太原南至运城北、西安北至太原南、北京西至运城北等4对列车。

2019年11月20日起，中国铁路西安局集团有限公司管内的西安北、渭南北、大荔3个车站开通电子客票业务，涉及从西安北站始发的26.5对大西高铁，旅客无需取票，“刷证”即可乘车。这标志着火车纸质车票时代或将成为历史。

2019年五一小长假期间，大西高速铁路累计发送旅客18.4万人次，4月30日和5月1日，连续2日刷新单线发送纪录达到42,022人。

大西高速铁路开行列车包括CRH2A型动车组列车、CRH380系列动车组列车和中国标准动车组列车“复兴号”。

晋陕黄河特大桥，位于陕西省与山西省交界处禹门口至潼关段黄河上，东西走向，全桥长9.9公里。设计目标时速350千米/小时。晋陕黄河特大桥48米简支梁采用下承式桥机拼装技术，自主研制中国国内首台下承式架桥机，进行节段箱梁拼装。

马家庄隧道设计为双线隧道，铁路等级为Ⅰ级，设计时速250前面/小时。隧道起讫里程DK711+893～DK721+255，全长9362米。电力牵引，建筑限界满足客运专线列车要求。隧道内铺设CRTS-Ⅰ型双块式无砟轨道，采用“轨排框架法”施工。隧道穿过穿过砂质、粘质黄土地层，不良地质及特殊岩土等难点地段及10处下穿乡村公路、5处下穿村庄等技术重难点。

乔家山隧道全长6.5千米，横穿十八条地质大断层，溶洞、湿陷性黄土和“流变性膨胀岩”广为分布，有“地质博物馆”之称，工程技术难度为地下工程建设罕见。引进国际先进的三维激光扫描仪进行超前地质预报，采用中国国内徕卡全站仪进行围岩监控量测，为隧道掘进和支护提供科学可靠的依据。

大西高速铁路与石太客专、太中银、徐兰客专等连为一体，构成连接北京、河北、山西、陕西，以及华北、华中、西北、西南的高标准铁路客运网络，极大地促进了区域经济发展。方便人们出行，加快人流、物流、资金流和信息流的快速流动，串起了“大西高速铁路经济走廊”。形成一个新的经济增长带，在加速区域经济一体化进程、优化资源配置、推进产业结构升级、助推城镇化进程、提升应急交通能力、发挥经济聚集效应等方面发挥重大作用。（黄河新闻网 评）

大西高速铁路开启了中西部高铁的网络时代，开通运营三年多来，基础设施状态良好，运营安全顺畅，旅客服务系统便捷高效，带动了秦晋中心城市的辐射功能；“县县设站”，既是城际线，又是旅游线，在定位区域大通道的基础上，兼顾了城际交通功能，增加了网络灵活性，对完善中国全国路网、推动沿线旅游经济发展意义重大，经济、社会效益显著。（中国土木工程学会评）