Linia przecina Wartę i dociera do peronów 1 i 2 na stacji Poznań Główny, gdzie schodzą się linia kolejowa Kluczbork – Poznań Główny, linia kolejowa Wrocław Główny – Poznań Główny oraz linia kolejowa Poznań Główny – Szczecin Główny.
Linia nr 3 biegnie dalej nad linią nr 271 oraz torem linii kolejowej Poznań Starołęka PSK – Poznań Górczyn do stacji Poznań Górczyn. Następnie przechodzi pod zachodnią obwodnicą Poznania oraz Autostradą Wolności, po czym przez Buk, Opalenicę, Nowy Tomyśl i Zbąszyń, gdzie spotyka się z linią kolejową Leszno – Zbąszyń. Dalej przebiega do posterunku odgałęźnego Chlastawa, skąd odgałęziają się linia kolejowa Chlastawa – Kosieczyn i linia kolejowa Chlastawa – Dąbrówka Zbąska oraz biegnąc równolegle do linii kolejowej Zbąszynek – Gorzów Wielkopolski dochodzi do stacji Zbąszynek.
Linia przechodzi pod wiaduktem linii kolejowej Zbąszynek – Gubin, po czym pod drogą ekspresową S3, przez Świebodzin, Torzym, ponownie pod Autostradą Wolności i dochodzi do peronów 1 i 2 na stacji Rzepin, gdzie zbiegają się linia kolejowa Wierzbno – Rzepin, linia kolejowa Jerzmanice Lubuskie – Rzepin RzB oraz linia kolejowa Rzepin RzB – Drzeńsko. Potem przechodzi pod linią nr 822 i linią kolejową Wrocław Główny – Szczecin Główny, po chwili przez Kunowice i Słubice.