吐庫二線段起自蘭新鐵路吐魯番車站，經中天山東部的烏蘇通越嶺，穿越中天山進入焉耆盆地，經和碩、焉耆，最終抵達庫爾勒市，線路全長約334公里，較原有南疆鐵路吐魯番至庫爾勒段縮短了123公里。
該線路橫跨新疆吐魯番和巴音郭楞蒙古自治州兩個地區，是目前南疆地區通往北疆和內地的唯一鐵路通道。據了解，新建成的吐庫二線海拔高度較原有線路的2980米下降到了1490米，最大坡道較原有線路的22.7‰下降到了13‰，其中，全長22.467公里的中天山隧道，長度超過我國的秦嶺、烏鞘嶺隧道，是目前國內營運和在建的第三、新疆第一特長隧道。
由于所處地質條件復雜，我國隧道建設的難題都匯聚于此，經過上萬名鐵路建設者7年的建設施工，中天山隧道右線完成鋪軌，南疆鐵路吐庫二線全線連通。吐庫二線的開通運營，對貫徹落實西部大開發戰略，構建第二亞歐大陸橋國際通道，促進塔里木盆地油氣資源綜合開發，帶動沿線經濟發展，加快南疆少數民族地區脫貧致富，促進我國東西部地區優勢互補，實現全面建設小康社會的目標，以及加強民族團結、鞏固國防等具有十分重要的現實意義。
