Die bis km 5,27 - Verschiebebahnhof Oldenburg - und von km 97,9 (Achmer-Halen) -Halen zweigleisige, im übrigen eingleisige Hauptbahn Oldenburg-Osnabrück verläßt den auf +7,25 N.N. liegenden und mit schienenfrei zugänglichen Bahnsteigen versehenen Bahnhof Oldenburg am Ostende in südöstlicher Richtung, überschreitet gemeinschaftlich mit der Bahn Oldenburg-Bremen die Hunte auf zweigleisiger eiserner Drehbrücke und geht dann in eine nahezu südliche Richtung über, die bis Bahnhof Huntlosen eingehalten wird. Nach Überschreitung des Langen Weges und der Chaussee Oldenburg-Bremen in Schienenhöhe wird Bahnhof Osternburg (+4,25), km 2,38, erreicht, hinter dem südlich der sich noch bis km 7,00 erstreckende Verschiebebahnhof Oldenburg beginnt und eine die Bahn mittels massiver gewölbter Eisenbeton-Überführung schneidende Verbindung für Güterzüge vom Verschiebebahnhof nach der Strecke Oldenburg-Bremen abzweigt. An den Verschiebebahnhof Oldenburg schließt sich die Ladestelle Bümmerstede (km 6,70) an. Die Bahn durchquert, auf +9,65 ansteigend, das etwa 7 km breite Bümmersteder Moor, erreicht an der hohen, anfangs dünenreichen Geest bei km 10,62 den Bahnhof Sandkrug und durchschneidet die bewaldeten Osenberge und das Barneführer Holz, in dem bei km 14,25 ein Bahnsteig für den Sommerausflugsverkehr angelegt ist. Auf dieser Strecke werden mehrere Abzugsgräben der Wardenburger Be- und Entwässerungsgesellschaft gekreuzt. Am südlichen Ende des Barneführerholzes überschreitet die Bahn auf gewölbter Brücke mit zwei Öffnungen die Hunte und erreicht am linken Hunteufer, stetig steigend, bei km 17,97 den bereits auf +20,25 liegenden Bahnhof Huntlosen. Hinter Huntlosen steigt die Bahn weiter und wendet sich auf fast durchgehends 3 bis 5 m hohem Damm, der dreimal von Wegunterführungen durchquert wird, in S.S.W.-Richtung in 7625 m langer Geraden dem Bahnhof Großenkneten, km 23,39, zu, auf welchem die Steigung durch eine nur 630 m lange, auf +39,70 liegende Ebene unterbrochen wird. Hinter Großenkneten steigt die Bahn auf +45,12, läuft dann auf 2520 m eben weiter und erreicht auf Bahnhof Ahlhorn +47,65. Kurz vor Bahnhof Ahlhorn, km 28,88, wird die Chaussee Oldenburg-Vechta und auf dem Bahnhof selbst die Chaussee Cloppenburg-Wildeshausen in Schienenhöhe geschnitten. In Ahlhorn zweigt eine größere Anschlußgleisanlage und die Bahn nach Vechta ab.
Hinter Ahlhorn folgt eine 11,5 km lange Gerade. Die Bahn verfolgt die S.-W.-Richtung, fällt bis auf +42,25, überschreitet die Lethe auf gewölbter Brücke fast unmittelbar an ihrem Ursprunge bei km 31,6, wo win Nebengleis auf freier Strecke nach der Sanddrube an der Haler Höhe abzweigt, und steigt dann bis vor Bahnhof Höltinghausen, km 35,14, auf +51,25, der Wasserscheide zwischen Weser und Ems. Nun fällt sie, durch kurze, ebene Strecken unterbrochen, in das Tal der Soeste, welche auf gewölbter Brücke gekreuzt wird. Es folgt bei km 41,17 der Bahnhof Cloppenburg (+42,75), wo die Bahn nach Ocholt, die vollspurige Kleinbahn nach Vechta und die schmalspurige Kleinbahn nach der Landesgrenze bei Lindern abzweigen. Der Mittelbahnsteig in Cloppenburg ist durch einen Personentunnel schienenfrei zugänglich gemacht. Hinter dem Bahnhof Cloppenburg geht die Linie in eine S.S.O. Richtung über, schneidet die Chaussee nach Emstek und Sevelten in Schienenhöhe und erreicht, stets der Geländehöhe sich anschmiegend, bei km 45,35 den Bahnhof Nutteln (+44,50), bei km 49,11 den Bahnhof Hemmelte (+39,25) und dann, ständig fallend, bei km 54,62 die auf +28,95 liegende Ebene des Bahnhofs Essen, km 56,59, wo die Bahn nach Lewinghausen-Meppen abzweigt. Hinter Essen fällt die Bahn auf langem, mäßig hohem Damm in das wasserreiche Haasetal hinab, überschreitet die Haase und deren Abzweigungen auf zwei gewölbten und drei eisernen Brücken, wendet sich bei Bahnhof Brokstreek (+24,00), km 60,00, nach S.O. und biegt dann kurz vor der preußischen Landesgrenze, km 62,42, wo die kanalisierte kleine Mühlenhase auf eiserner Brücke überschritten wird, in die Südrichtung und in den auf preußischem Gebiete befindlichen, auf +24,95 liegenden Bahnhof Quakenbrück, km 62,72, ein, von welchem die preußische Linie nach Rheine und eine Kleinbahn nach lingen abzweigen. Die Mittelbahnsteige in Quakenbrück sind durch einen Personentunnel schienenfrei zugänglich.

Südlich Quakenbrück verfolgt die Bahn eine fast genau südliche Richtung und bleibt in ihrer ganzen Länge im Haasetal, dessen Steigungen sie sich im wesentlichen anschließt. Sie erreicht bei 67,61 den Bahnhof Badbergen (+27,45), bei km 71,17 den Haltepunkt Langen (+29,65), bei km 76,76 den Bahnhof Bersenbrück (+36,70), wo die vollspurige Kleinbahn nach Ankum abzweigt, bei km 82,28 den Bahnhof Alfhausen (+42,60), wo die Chaussee nach Neuenkirchen schienenfrei überschritten wird. Bei km 89,40 liegt der Bahnhof Hesepe (+45,20), wo die Bahn nach Delmenhorst abzweigt. Am Hang des Stapelberges und Heseper Berges, den westlichen Ausläufern des Wesergebirges, entlang steigt die Bahn nun bis Bahnhof Bramsche, km 92,63, auf +53,50, vor und hinter dem ein Weg schienenfrei gekreuzt wird; sie steigt dann bis zur Überbrückung des Rhein-Weserkanals in km 96,63 mittels eiserner Brücke von 67,20 m Stützweite und verfolgt fast genau den Verlauf der Haase, dreht sich mit ihr nach S.W. und dann nach S.O. und erreicht den Bahnhof Achmer, km 96,26, *55,70. Hinter der Brücke über den Rhein-Weser-Kanal fällt die Bahn auf +50,75; sie erreicht dann den Bahnhof Halen, km 102,10, *53,10, überschreitet die Düte und die Düteniederung auf drei eisernen Brücken und endet bei km 107,99 auf Bahnhof Osnabrück-Eversburg (+61,50), wo die Bahn nach dem Piesberg und eine schmalspurige Kleinbahn nach Rheine abzweigen, in der preußischen Bahn Löhne-Rheine, die sie, den Haltepunkt Osnabrück-Hasetor, km 111,70, und den Hauptbahnhof Osnabrück, km 113,12 berührend, bis Osnabrück Güterbahnhof, km 114,77, mitbenutzt.

Von den Stationen dienen Nutteln, Langen, Achmer und Osnabrück Hasetor dem Personenverkehr. Außerdem werden in Nutteln Stückgüter und Wagenladungen und in Achmer Wagenladungen abgefertigt. Bümmerstede ist Ladestelle. Die übrigen Stationen sind mit den Gebäuden, Gleisen und sonstigen Einrichtungen für den Personen- und Güterverkehr, sowie mit Ausnahme von Osternburg mit Kreuzungsgleisen versehen. Kreuzungsgleise befinden sich außerdem zwischen Hemmelte und Essen und auf dem Haltepunkt Langen. Brookstreek ist für die Abfertigung von lebenden Tieren nicht geöffnet. Der Verschiebebahnhof Oldenburg hat keinen öffentlichen Verkehr. Der Verschiebebahnhof Oldenburg, Huntlosen, Ahlhorn, Cloppenburg, Essen, Quakenbrück und Bramsche sind mit Wasserstation, der Verschiebebahnhof Oldenburg, Cloppenburg, Quakenbrück und Bramsche auch mit Lokomotivschuppen, der Verschiebebahnhof Oldenburg, Cloppenburg, Quakenbrück und Bramsche mit Lokomotivdrehscheibe ausgerüstet. Ahlhorn, Cloppenburg, Essen, Bersenbrück und Bramsche sind Sitze von Bahnmeistereien. Auf sämtlichen Stationen ist die Bahnsteigsperre eingeführt.

An größeren Überbrückungen von Wasserläufen sind vorhanden:

1. km 12,90, Eiserne Flutbrücke im Kampbruch mit 9,80 m Stützweite
2. km 14,54, Gewölbte Brücke über die Hunte, 2 Öffnungen 8,50 m weit
3. km 31,56 Gewölbte Brücke über die Lethe 1,50 m weit
4. km 57,74, Gewölbte Brücke über die Lager Haase, 3 Öffnungen, je 8,50 m weit
5. km 58,42, Gewölbte Kötterkuhlen Flutbrücke, 2 Öffnungen 5,00 m weit
6. km 58,78, Eiserne Brücke über den Haasekanal mit 24,00 m Stützweite
7. km 59,39, Eiserne Flutbrücke über die Haaseniederung mit 17,28 m Stützweite
8. km 59,66, Eiserne Brücke über den Storkshagenbach mit 6,00 m Stützweite
9. km 62,41, Eiserne Brücke über die kleine Mühlenhaase mit 11,52 m Stützweite
10. km 65,40, Gewölbter Durchlaß der Artländer Melioration 3,50 m weit
11. km 84,44, Gewölbte Brücke über den Mühlenbach 2,40 m weit
12. km 86,29, Gewölbte Brücke über die Aue 5,10 m weit
13. km 95,50, Gewölbte Brücke über den Bühnerbach 3,50 m weit
14. km 96,63, Eiserne Brücke über den Rhein-Weserkanal 67,20 m Stützweite
15. km 103,47, Eiserne Flutbrücke über die Düteniederung mit 5,80 m Stützweite
16. km 103,64, Eiserne Brücke über die Düte mit 8,40 m Stützweite
17. km 103,77 Eiserne Flutbrücke über die Düteniederung mit 5,80 m Stützweite
18. km 107,10, Gewölbte Brücke über den Landwehrkanal 6,15 m weit
19. km 2,0 der Verbindungsbahn Verschiebebahnhof-Drielake: Eisenbetonbrücke über den alten Kanal 5,00 m Stützweite

An Unter- und Überführungen sind vorhanden:

1. km 3,52, Eisenbetonüberführung des Verbindungsgleises nach der Strecke Oldenburg-Bremen
2. km 5,72, Eis. Fußwegüberführung auf dem Verschiebebahnhof Oldenburg
3. km 20,38, Wegunterführung mit eisernem Überbau von 5,22 m Stützweite
4. km 21,17, Wegunterführung mit eisernem Überbau von 5,22 m Stützweite
5. km 21,85, Wegunterführung mit eisernem Überbau von 5,22 m Stützweite
6. km 41,13, Personentunnel auf Bahnhof Cloppenburg 3,50 m weit
7. km 62,72, Personentunnel auf Bahnhof Quakenbrück 3,00 m weit
8. km 82,52, Wegunterführung mit eisernem Überbau von 5,40 m Stützweite
9. km 91,87, Wegunterführung mit massivem Eisenbeton-Überbau von 7,00 m Weite
10. km 92,70, Fußwegunterführung 2,00 m weit
11. km 94,80, Wegunterführung 4,50 m weit
12. km 95,48, Durchlaß mit Fußwegunterführung
13. km 95,50 gewölbter Durchlaß 3,50 m weit
14. km 96,10, Wegunterführung 4,50 m weit
15. km 96,28, Wegunterführung 7,50 m weit
16. km 96,96, Wegunterführung 4,50 m weit

Wichtigere Straßen- und Chausseeübergänge in Schienenhöhe befinden sich in km 1,23, 1,43, 2,39, 27,98, 28,82, 41,40, 57,26, 58,71, 62,52, 67,41, 76,14, 78,22, 89,62, 93,38, 96,27, 102,29, 107,70.

Das größte Neigungsverhältnis beträgt 1:200, der kleinste Krümmungshalbmesser 600 m. Die Oberbauanordnung der Hauptgleise der Stationen und der Streckengleise besteht aus den Formen 6e und Dh. Die Gleisbettung besteht auf der freien Strecke und in den durchgehenden Bahnhofsgleisen fast durchweg aus Steinschlag, im übrigen aus Sand.