Dès l’origine, les concepteurs ont défini un tracé préservant l’habitat et limitant les impacts sur l’environnement et les activités agricoles sans sacrifier aux performances attendues : une vitesse de 320 km/h (pouvant atteindre à terme 350km/h).

La Ligne à Grande Vitesse Rhin-Rhône est composée de trois branches : la branche Est, la branche Ouest et la branche Sud :

• la branche Est, entre l'agglomération dijonnaise (Genlis) et l'agglomération mulhousienne (Lutterbach)
• la branche Ouest, depuis l'extrémité ouest de la branche Est vers la région parisienne en passant par Dijon.
• la branche Sud, qui part de l’intersection des autres branches vers l’agglomération lyonnaise.

La Branche Est, qui reliera Dijon à Mulhouse, consiste à réaliser une ligne nouvelle de 190 kilomètres, entre Genlis (Côte d’Or) et Lutterbach (Haut-Rhin), ainsi que les raccordements au réseau existant.

Elle comprend également l’amélioration du raccordement de Perrigny dans le nœud ferroviaire dijonnais, ainsi que la création de deux gares nouvelles, à Auxon (Doubs), et Meroux (Territoire de Belfort).

Une première phase de réalisation de 140 km a été définie entre Villers-Les-Pots (Côte d’Or) et Petit-Croix (Territoire de Belfort).