Los trenes de alta velocidad que circulen entre Málaga y Madrid irán a la máxima velocidad que lo hacen los AVE en España. Los AVE de la línea que se inaugura el próximo 23 de diciembre alcanzarán desde el primer día los 300 kilómetros por hora. Ello permitirá disminuir el tiempo del trayecto entre ambas capitales hasta las dos horas y media. El AVE irá también a la misma velocidad en los corredores que empiezan a funcionar el día de antes y el día de después del malagueño, tanto el Madrid-Barcelona como el Madrid-Valladolid. Dicha velocidad máxima no será mantenida durante todo el trayecto, ya que en ese caso y sin paradas, el tren realizaría el enlace en poco más de hora y media. El tren deberá ir más lento en diversos tramos, como los más cercanos a Málaga, donde existen más dificultades orográficas entre túneles y pasos elevados.
Además, aunque la línea estrenará los nuevos AVE de la serie 103 de Siemens, que pueden alcanzar los 350 kilómetros por hora, la idea es que se mantenga en los 300 de máxima. El tiempo para realizar el recorrido también dependerá de si el tren viaja de forma directa hacia Madrid o si hace paradas en diversas estaciones. Si se mantiene así, unos trenes podrán hacer Málaga-Madrid de forma directa, y otros pararán en Antequera, Puente Genil, Córdoba y Ciudad Real. Además, al igual que las lanzaderas existentes entre Córdoba y Sevilla o Madrid y Ciudad Real, Fomento y la Consejería de Obras Públicas de la Junta de Andalucía han firmado un convenio para la creación de varios servicios diarios de alta velocidad de media distancia para el trayecto Málaga-Córdoba-Sevilla, que tendrá una duración de una hora y 45 minutos (a Córdoba llegará en 50 minutos), aunque podría ser más en función del número de paradas intermedias que realice.