La aussi appelée « Ligne de la bosse » est une ligne ferroviaire française électrifiée à écartement standard des régions Bourgogne et Franche-Comté. Elle constitue la ligne du réseau ferré national. Longue d'environ cent-cinquante kilomètres, cette ligne peut se décomposer en deux sections de ligne. La section de Dijon-Ville à Dole-Ville est longue d'environ quarante-cinq kilomètres, tandis que la section de Dole à Vallorbe (gare commutable suisse située à après la frontière) est longue d'environ une centaine de kilomètres.
Elle était autrefois empruntée par le Simplon-Orient-Express. et plus tard par le TEE Cisalpin. Elle était également empruntée par les TGV Paris – Berne. Elle est empruntée en 2014 par les relations TER Dijon – Dole (puis direction Besançon et Belfort), ou de Dole vers Andelot (à Andelot, bifurcation vers Champagnole – Morez – Saint-Claude) et Pontarlier, ainsi que par les TGV des relations Paris – Besançon (section de Dijon à Dole), et les (anciennement « Ligne de Cœur »), des relations internationales Paris – Lausanne (sections Dijon – Dole et Dole – Vallorbe). Le segment de ligne à double voie d'Arc-et-Senans à Mouchard reçoit en plus les circulations de l'axe Strasbourg – Lyon via Besançon et Lons-le-Saunier.
Histoire Le , une loi autorise la concession du chemin de fer « de Dijon à Mulhouse, avec embranchements d'Auxonne sur Gray, et de Dole sur Salins ».. La section de Dijon à Mouchard fait partie de cet ensemble.
Deux décrets du autorisent la concession directe des chemins de fer « de Dijon à Besançon » et « de Dole à Salins »... La ligne de Dijon à Besançon est concédée à la même date par une convention signée avec le ministre des Travaux publics à un groupe d'entrepreneures qui constituent la Compagnie du chemin de fer de Dijon à Besançon. Cette convention est approuvée par décret le jour même.. Le chemin de fer de Dole à Salins est concédé, toujours le , aux anciennes salines nationales de l'Est par une convention signée par le ministre des Travaux publics. Cette convention est, elle aussi, approuvée à la même date..
La Compagnie du chemin de fer de Paris à Lyon rachète l'ensemble des concessions de la Compagnie du chemin de fer de Dijon à Besançon. Ce rachat est approuvé par un décret impérial le ..
La Compagnie du chemin de fer de Paris à Lyon rachète la concession de la ligne de Dole à Salins à la société des anciennes salines nationales de l'Est par une convention signée le . Ce rachat est approuvé par un décret impérial le ..
À la suite de la déconfiture financière de la Compagnie du chemin de fer Grand-Central de France, son démantèlement est organisé en 1857 au profit de la Compagnie du chemin de fer de Paris à Orléans et de la constitution de la Compagnie des chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée. Cette dernière compagnie se voit octroyer, entre autres, la concession à titre définitif d'une ligne « d'un point à déterminer de la ligne de Dole à Salins à la frontière suisse, ledit chemin passant par ou près Pontarlier, et aboutissant à ou près Les Verrières, avec embranchement sur Jougne » (le tronçon de Mouchard à Frasne fait partie de cet itinéraire) lors de sa création par la convention signée le entre le ministre des Travaux publics et les Compagnie du chemin de fer de Paris à Lyon et Compagnie du chemin de fer de Lyon à la Méditerranée. Cette convention est approuvée par décret le ..
La section entre Frasne et Vallorbe est concédée à titre éventuel à la Compagnie des chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée par une convention signée entre la compagnie et le ministre des Travaux publics le . Cette convention, ainsi que la convention internationale entre la France et la Suisse signée le pour la construction et l'exploitation du tronçon frontalier sont approuvées en France par une loi le .. La ligne est déclarée d'utilité publique par une loi le ..
Tracé Section de Dijon-Dole vignette|gauche|La gare de Dijon-Ville, vue côté voies et la cathédrale Saint-Bénigne. Cette section de ligne prend son origine à la bifurcation du km 318.00, située approximativement sur le pont ferroviaire de l'Ouche à environ trois kilomètres de la gare de Dijon-Ville. La direction de gauche donnée par cette bifurcation dirige les circulations vers Is-sur-Tille et Culmont - Chalindrey, tandis que la direction de droite dirige les circulations sur la section de ligne de Dijon à Dole. La ligne traverse les localités de Neuilly-lès-Dijon, Magny-sur-Tille, Fauverney, Genlis, Collonges-lès-Premières, Villers-les-Pots, Auxonne, où elle franchit la Saône, Villers-Rotin, Champvans où elle pénètre dans le tunnel de Champvans long de , franchit la bifurcation en talon donnant la direction de Tavaux-embranchement Solvay, (embryon subsistant de l'ancienne ligne de Dole à Chagny), avant d'arriver en gare de Dole-Ville.
Le desserte voyageurs TER, assurée par la région de Franche-Comté ne concerne plus que les gares intermédiaires de Genlis, Collonges et Auxonne.
Cette section de ligne, à double voie électrifiée en avec une section de séparation continu/courant alternatif située à proximité de la tête côté Dole du tunnel de Champvans, avant la bifurcation de la ligne de Tavaux, supporte environ une centaine de circulations par vingt-quatre heures, dont plus de la moitié sont des circulations voyageurs ; TER (vers Besançon, Belfort, ou Mouchard, Andelot, Champagnole, Saint-Claude), ou TGV vers Besançon ou la Suisse. La vitesse maximale autorisée est de , sur presque la totalité du parcours, hormis le franchissement sur le pont de la Saône et la courbe serrée qui l'accompagne, ainsi qu'aux abords du tunnel de Champvans où elle est abaissée à .
La section de ligne est équipée d'une signalisation lumineuse. L'espacement des trains est assuré par le BAL mis en service en 1976 en remplacement d'un block manuel unifié SNCF. Elle comporte une voie principale d'évitementAu sens réglementaire SNCF du terme, c'est-à-dire voie principale, accessible sans arrêt à l'entrée même par des trains transportant des voyageurs et franchissable sans arrêt à la sortie. Sortie est commandée par un signal carré., pour chaque sens de circulation (voie 1 bis et voie 2 bis), située en gare de Genlis, soit à mi-distance du parcours Dijon-Dole. À l'occasion de la mise en service du BAL, la ligne a été équipée d'installation permanente de contre-sens, comprenant les changements de voieAu-delà de Longvic-Port-Sec, vers Dijon, la sortie ou l'entrée à contre-sens est assurée par les liaisons entre les voies dénommées 1 et 2 Belfort de Dijon-Ville côté ancien poste 2. (Les postes électriques néoclassiques 1 et 2 de Dijon-Ville à leviers d'itinéraires type Alsthom ont été remplacés le 27 août 2010 par un poste de type PAI. de Longvic-Port-Sec, Genlis, Villers-les-Pots, Champvans-les-Dole et Dole (bifur vers Tavaux). Les points de changements de voie, de Genlis et Villers-les-Pots (et bifurcation vers Gray), de type PRS, sont normalement télécommandés par le poste de commandement de Dijon avec possibilité de reprise en commande locale : Le PRS de Genlis, par Genlis et le PRS de Villers-les-Pots par la gare d'Auxonne. Le point de changement de Longvic-Port-Sec est télécommandé depuis le poste de Perrigny poste 1 (avec possibilité de reprise en commande locale) et les points de changement de voie de Champvans-les-Dole et Dole (bifur vers Tavaux) sont commandés par le poste 1 de Dole de type EMULa situation décrite ci-dessus sera modifiée lors de la mise en service (courant 2011) des installations de sécurité créées entre Dijon et Dole pour la circulation du futur TGV Rhin-Rhône..
Section de Dole à Vallorbe La ligne de Dole à Vallorbe longue d'environ cent kilomètres est une ligne à une voie banalisée. L'ensemble du parcours est électrifié en courant alternatif et son alimentation est assuré par les sous-stations de Dole/Brevans, Mesnay/Arbois et Frasne/Mouremboz. Toutes les installations électriques du parcours sont placées sous le contrôle d'un responsable sous-station à Dijon. La gestion des circulations est assurée par un agent Transport à partir de la cabine « Jura » du poste de commandement de Dijon. L'espacement des trains est assuré par le block automatique. La ligne comporte six voies de croisement/dépassement équipées pour autoriser une vitesse de rentrée et de circulation sur la voie à . Sur le parcours entre Dole-Ville et Arc-et-Senans : Grand-Contour (dans la forêt de Chaux) et Chatelay - Chissey, entre Mouchard et Frasne : Mesnay - Arbois, entre Andelot et Frasne : La Joux, (au cœur de la forêt domaniale de la Joux), entre Frasne et Vallorbe : Vaux-et-Chantegrue et Les Longevilles, ainsi que des parcours de double-voie ; entre Arc-et-Senans et Mouchard, entre Pont-d'Héry et Andelot, entre Boujailles et Frasne. L'ensemble de la ligne, points de croisement/dépassement, points de jonction double-voie/voie unique ainsi que la bifurcation à double-voie d'Arc-et-Senans (de ou vers Franois et Besançon), est télécommandé depuis le poste de commandement de Dijon par une télécommande de type SNCI. Chacune des gares du parcours conserve une possibilité de reprise en commande locale par un poste de type PRS. Les gares de Mouchard, Andelot, Frasne conservent leur autonomie et disposent de leur propre poste d'aiguillage pour assurer la commande des installations dépendant de leur zone d'action. L'accès à la voie banalisée depuis les postes mécaniques de Dole, de Mouchard, de Frasne reste soumis à une autorisation du poste de télécommande de Dijon dont l'effectivité est subordonnée à la libération de l'enclenchement de sens. Le poste directeur de Vallorbe (Suisse) n'est soumis qu'à l'effectivité de l'enclenchement de sens. Sous-section de Dole à Arc-et-Senans Ce segment de ligne, traversant la forêt de Chaux, d'une longueur d'environ vingt-huit kilomètres, au profil et au tracé relativement faciles autorise une vitesse maximale de . Il supporte environ une trentaine de circulations par vingt-quatre heures comprenant les circulations TGV (de et vers la Suisse) et les TER. Les points d'arrêt voyageurs du segment de ligne sont : la gare de Grand-Contour, la gare de Montbarrey et la gare de Chatelay - Chissey. Il dessert la localité de Montbarrey, localité comptant environ trois cents habitants. Une distance d'environ cinq kilomètres sépare le point de croisement/dépassement de la gare de Chatelay - Chissey du point de dédoublement voie unique/double voie et à la bifurcation d'Arc-et-Senans, (ligne Besançon-Mouchard-Lons-le-Saunier-Bourg-en-Bresse), franchie en talon dans le sens impair.
Sous-section d'Arc-et-Senans à Frasne