Đèo Khe Nét dài hơn 10km, qua địa phận các xã Đồng Lê và Tuyên Sơn (Quảng Trị), độ cao trên 700m so với mực nước biển với độ dốc rất lớn. Trên toàn tuyến đèo có tới 43 đường cong nguy hiểm uốn lượn liên tục nên tốc độ tàu bị giới hạn dưới 30km/h để đảm bảo an toàn. Với các đoàn tàu hàng nặng, ngành đường sắt buộc phải bố trí thêm một đầu máy phụ ở phía sau để đẩy tàu vượt dốc. Khi lên hết đèo, tàu lại phải dừng giữa khu gian để tách đầu máy đẩy ra, vô cùng tốn kém thời gian và chi phí vận hành.

Dự án nhằm tháo gỡ nút thắt hạ tầng trên tuyến đường sắt Bắc - Nam. Thay vì để tàu leo qua đường đèo quanh co, dự án đã xây dựng tuyến đường mới "nắn thẳng" bằng cách khoan 2 hầm đường sắt xuyên núi (Hầm số 1 dài 580m và Hầm số 2 dài 355m). Công trình sẽ góp phần cải thiện kết cấu hạ tầng, nâng cao tốc độ chạy tàu và rút ngắn thời gian di chuyển qua khu vực đèo.

Theo đó, sẽ rút ngắn được cự ly chạy tàu khu gian Kim Lũ - Đồng Chuối khoảng gần 2Km; giảm độ dốc tối đa từ ≤ 17%0 xuống ≤ 13%0; tốc độ chạy tàu tăng lên. Thời gian chạy tàu giảm từ 18 phút xuống còn từ 12 - 14 phút đối với tàu khách và giảm từ 25 phút xuống còn từ 15 - 18 phút đối với tàu hàng. Năng lực thông qua khu gian Đồng Chuối - Kim Lũ tăng từ 17,8 đôi tàu/ngày đêm lên khoảng 26,6 đôi tàu/ngày đêm.

Cùng với đó, không phải bố trí đầu máy đẩy khu khu gian Đồng Chuối - Kim Lũ chỉ cần bố trí đầu máy đẩy khu khu gian Tân Ấp - Đồng Chuối. Tổng trọng đoàn tàu tăng khoảng từ 300 tấn - 400 tấn/đoàn, tùy theo từng loại đầu máy kéo tàu.

Việc đưa hầm đường sắt mới vào vận hành cũng đồng nghĩa với việc ngành đường sắt chính thức nói lời tạm biệt với đoạn "cua bóng đèn" đèo Khe Nét huyền thoại. Đoạn đường cũ hiểm trở sẽ lùi vào quá khứ, nhường chỗ cho những chuyến tàu an toàn, êm ái và tốc độ hơn.