Z126从北京西始发，先到石家庄，接着到郑州，之后经过武汉、长沙、广州、南宁、昆明、成都、重庆、贵阳、昆明、广元、西安、郑州、石家庄、北京西。全程约28小时，停靠站共21个。

Z126走线是南北大动脉，从北京西出发往南走，先经京广线到郑州，再换武广线到武汉长沙，接着走广广线到广州，然后经南广线到南宁昆明，再走成昆线到成都重庆，经贵广线返回昆明西安，回到北京西。根据12306数据，Z126北京西发车08:00，到郑州东14:18耗时6小时18分，郑州到昆明东共11站耗时10小时，昆明到北京西共9站耗时12小时。中间停靠的石家庄、西安是京广线关键节点，南宁、昆明是南昆线枢纽，重庆、贵阳是贵广线重要站点。全程走行距离约6200公里，平均每小时行进222公里，符合直达特快列车设计标准。