衡阳铁路枢纽引入七个方向铁路，触角伸向全国各地。京广铁路与京广高速铁路武广段四线并行；新湘桂铁路与既有湘桂铁路三线并行；衡茶吉铁路（单线电气化，预留复线，设计标准160KM/H）于2008年开建；兰厦铁路怀邵衡铁路（复线电气化，设计标准200-250KM/H）于2012年开建；西（安）广（州）快速铁路安张衡铁路（复线电气化，设计标准200KM/H）进入十二五规划。2013年未，衡阳站的货运能力将达到南中国第一。
衡阳火车站：铁道部36个特等站之一，位于珠晖区东风大道，市内可乘K1、K2、K5、1、2、7、11、16、18、22、23、24、25、27、30、31、32、36、38、40、81路及环城A线等公交车到达。每日有开往全国各大中城市的列车。
衡阳东站：2009年10月6日，武广高铁新衡阳站被铁道部命名为衡阳东站，为京广高速铁路非省会城市第一大站，为一等站。车站拥有9个站台，并与新湘桂铁路，衡茶吉铁路，怀邵衡铁路，安张衡铁路连接，与衡阳北站有联络线连接。通过衡州大道与中心城区交通连接，衡阳南到广州，北到武汉均只需一个半小时。市内可乘K1，K2，K3，K5公交车可到达。
衡阳北站：特等站，位于珠晖区，以其吞吐量大、现代化程度高成为全国铁路五大编组站之一，平均日到达、发送2.6万辆。怀邵衡铁路建设包括衡阳北枢纽的改造计划，改造后的衡阳北站将成为华南重要
的铁路货运站之一。
衡阳西站：位于雁峰区，1938年建，为二等站。
衡阳南站：位于白沙洲工业园内，兼有客货运功能，货场的货运规模按照300万吨，2条货物线，远期按照500万吨，4条货物线设计。
耒阳站：位于耒阳，为二等站。
耒阳西站：位于耒阳余庆乡，为三等站。有正线两条，到发线两条。
衡山站：位于衡东新塘镇，为三等站。
衡山西站：位于衡山，为三等站。有正线两条，到发线两条。
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