Tuy nhiên, qua phân tích đánh giá các kịch bản cho thấy, với việc nâng cấp tối ưu hóa năng lực đường đơn hiện tại theo kịch bản thứ nhất thì chỉ đáp ứng nhu cầu trong giai đoạn trước mắt (giai đoạn 2025 – 2030). Nếu nâng cấp thành tuyến có quy mô đường đôi theo kịch bản thứ hai thì sẽ gặp nhiều khó khăn do việc cải tạo tuyến cũ với tiêu chuẩn kỹ thuật thấp sẽ gần như là xây mới, cộng với những hạn chế về giải phóng mặt bằng sẽ gây ảnh hưởng đển khai thác đường sắt hiện tại. Như vậy, kịch bản thứ ba được lựa chọn là kịch bản tối ưu nhất. 
Trong tờ trình Chính phủ, Bộ Giao thông Vận tải cũng đưa ra hai phương án phân kỳ đầu tư để huy động các nguồn vốn do dự án cần mức đầu tư lớn. Với phương án thứ nhất, Bộ đề xuất phân kỳ theo chiều dọc, tức là đầu tư hoàn chỉnh hạ tầng đường sắt Bắc - Nam theo tiêu chuẩn đường sắt tốc độ cao nhưng chưa điện khí hóa. Sau khi hoàn thành hạ tầng sẽ mua sắm đoàn tàu diesel để khai thác riêng tàu khách trên toàn tuyến với vận tốc khai thác tối đa 150km/giờ. Giai đoạn từ năm 2032 – 2050 sẽ tiến hành điện khí hóa, nâng cấp hệ thống thông tin tín hiệu và mua sắm đoàn tàu tốc độ cao thay thế tàu diesel để khai thác trên toàn tuyến. Theo phương án còn lại là phân kỳ theo chiều ngang, Bộ đề xuất đầu tư hoàn chỉnh và khai thác đồng bộ đường sắt tốc độ cao trên từng đoạn. Theo đó, ở giai đoạn thứ nhất (2020 – 2032), sẽ nghiên cứu đầu tư xây dựng đoạn Hà Nội – Vinh và Nha Trang – TP.HCM; giai đoạn 2 (2032 – 2050) sẽ đầu tư xây dựng đoạn Vinh – Nha Trang. 
Về nguồn vốn đầu tư cho dự án, Bộ đề xuất Nhà nước đầu tư khoảng 80%, 20% còn lại là vốn tư nhân bao gồm mua sắm đoàn tàu và một số thiết bị, chịu trách nhiệm vận hành khai thác, bảo dưỡng và trả phí thuê hạ tầng.