1966年9月铁道部第三设计院曾编制出辛大铁路的初步设计，并经铁道部鉴定。1970年初三院根据济南军区、山东省和济南局的要求，将接轨点由大石家改为莱芜车站。7月，交通部决定将线路西延至泰安，改称辛泰铁路。据此，三院对常庄至莱芜和莱芜至泰安段又进行了研究和踏勘工作，并提出《辛泰线线路方案研究补充报告》报部审批。1971年3月交通部批复同意按I级干线设计，1973年3月完成全线施工设计之后，嘶马河大桥的长度由154米的大桥变更设计为579.7米的特大桥，范镇立交桥跨度由一孔的16米改为48米，莱芜东站增设1股道，站场中部建1座立交桥等。
主要技术标准：I级干线；正线为单线；限制坡度辛莱间为6‰，莱泰间为4‰；最小曲线半经辛莱间500米，莱泰间600米；到发线有效长850米；国产“前进”型机车牵引，机车运行交接方式为肩回式；列车闭塞方式为半自动闭塞。运输能力：辛店至莱芜段控制区间(常庄至苗山)通过能力为36对，计算年输送能力为1150万吨；莱芜至泰安段控制区间(范镇至燕家庄)通过能力为42对，计算年输送能力为2100万吨。
设计主要工程数量：土石方1219.35万立方米；正线铺43公斤/米钢轨155.505公里，站线铺43公斤/米钢轨63.790公里；桥梁58座3834.1延长米，涵洞524座10618.8横延米；隧道21座总长10680米；新建车站22个；在莱芜设四台位洗修机务段1个(设计变更后为二架、四洗、三中检台位)；新建房屋7.7万平方米，设计总概算为11149.20万元。 1970年2月，成立辛大(后改为辛泰)铁路工程指挥部，隶属省重点工程会战指挥部领导，由济南局和省、地、县派人共同组成。施工队伍有济南局工程总队第二、三、四、七、八工程大队，第一、二建筑工程段，第一线路大修队等单位；原铁道部第二、三铁路工程局，锦州、沈阳铁路局，交通部第一公路工程局也派人参加；淄博、昌潍、临沂、泰安、济宁5个地市成立指挥所，所
属35个县(区)成立民兵团，组织民工参加修路，最高达7.5万人。全线先后征用耕地和占用山坡荒地共8912.65亩。
全线主要工程分四期：第一期工程自1970年4月至1971年6月，北起铁石站，经南仇站至黑旺站，正线18.400公里，包括南仇、刘征、黑旺3个站及铁石至南仇联络线2.466公里。第二期工程自1970年11月～1973年6月，由黑旺至小郭庄段，正线长35公里，建西桐古、北牟、西石门、源迁4站，辛店至南仇正线6.600公里，胶济与辛泰联络线1.480公里。这段工程地处山区，地势险峻，深堑、高填、高桥、隧道密集。在深路堑开挖中，由黑旺铁矿的工程师代为设计、指导，曾采用一次用药达22吨的抛掷大爆破，结果边坡破碎，危石很多；后改进为松动爆破，以“中炮开膛、小炮修边，”使边坡破碎和产生危石的情况得到改进。施工采取分段负责。第三期工程自1973年1月～12月，为小郭庄至泰安段，正线长101.750公里，大石家引线1.644公里，辛泰与津浦联络线1.221公里，车站12个、大中桥19座、隧道8座。泰安至莱芜间，部分利用1958年11月修建泰莱支线时的路基。为加快进度，交通部调来公路一局、第二铁路工程局，山东省增加大量民兵，工程全面展开。大中桥及隧道等关键工程由专业队伍施工并由民兵配合；济南局第二线桥工程大队在沂南民兵团的配合下，曾创造月成桥142米的全线最高纪录。第四期工程自1974年1月至当年6月底，全线铺轨、架梁分别由交通部第二铁路工程局第二铺架大队与济南局第四线桥工程大队第四连，分头由黑旺及泰安两端对向进行，大、中桥的架梁及铺轨大部由铺架大队完成。锦州铁路局工务工程段，沈阳铁路局丹东线路大修队，济南局第四线桥工程大队和第一线路大修队，分段担任线路起道整修工作。全线通信、信号工程由济南局电务工程大队施工。
辛泰铁路有隧道22座，比原计划增加1座，隧道总长10960米，占线路总长的6.8%。在这些隧道中只有6座建在直道上，其余16座全在弯道上。隧道密集区段在西桐古至北牟车站之间，有5座隧道，占区间长度的25.8%。口头隧道全长1228米，是全线最长的隧道。隧道所处地区山势蜿蜒、沟谷交错、地势险峻、施工难度大，但又缺乏施工经验和缺乏专业技术人才。为此，济南局和济南军区派出人员作技术指导，并派人到陕西梅七(梅家坪至七里镇)线学习隧道施工法，施工中采用了“上导洞棚架漏斗先拱后墙法”。在隧道岩石强度系数f=7地段采用锚杆喷浆新工艺，隧道工程完工后，经测量中线贯通误差均小于允许值。见表1-5。
全线主要工程竣工数量为路基土石方1396.3万立方米；正线铺轨159.711公里；建桥56座，其中特大桥2座、大桥9座、中桥19座、小桥26座，长4089延长米；建隧道22座，总长10960米；建房15.92万平方米；建车站22个，建旅客站台23座，货物站台16座；建机务段1个；给水所4个；车辆列检所及站修所各1个；全线为64D型半自动闭塞；全线装设列车调度、货运调度、各站间和养路用电话，以及列车预确报电话设备；全线架设照明线1992公里，地下电缆57.800公里。全线共完成投资总额22630.7万元，超出设计概算11149.2万元一倍多。
全线自开工至交付正式运营，共死亡77人，重伤111人，大部为民工。全线通车后由于路基夯填不实，水灾时曾造成辛店至黑旺段25处路基坍方下沉，刘征至黑旺站间约800米及莱芜西至蔺家楼站间约2300米路基下沉、翻浆冒泥、拱涵裂纹，以及隧道长期漏水等问题。 1971年6月，工程指挥部曾设南仇临管段，办理铁石至黑旺站间通车后的矿石运营。1974年7月全线简易通车后，工程指挥部设临管部，下设辛店、泰安两个临管段，以南博山至常庄站间69公里+100米(后改为70公里)处为两段临管的分界点。自1975年9月至1980年底止，共发送旅客298万人。货运量达2385万吨；列车实际运行对数5～6对；由于临管运价高，运营收入达6599.3万元，上交利润1040万元。
全线简易通车后，1975年底由济南局基建处接管，至1980年底交付正常运营，前后又用了6年半时间继续完成未完工程及各项设备改善补强工作。1980年7月，济南局根据铁道部通知，成立辛泰线验收交接委员会，并公布了现状交接、实事求是等验交原则；12月3日～12日全面进行了现场检查，写出《辛泰线工程验收交接会议纪要》，并确定自12月31日18点起，按辛店、泰安两临管段的分界点，分别交由青岛、济南两个铁路分局接管正式运营。 │顺号│ 名称 │ 位置 │长度(米) │ 备注
│1 │西坡 │刘征～黑旺间 │644.74 │
│2 │黑旺 │黑旺～西桐古间│563.63 │
│3 │西桐古 │西桐古～北牟间│329.20 │
│4 │望子山 │西桐古～北牟间│208.71 │
│5 │新村 │西桐古～北牟间│358.30 │
│6 │大河 │西桐古～北牟间│544.00 │
│7 │北牟 │西桐古～北牟间│505.65 │
│8 │南牟 │北牟～西石门间│787.87 │
│9 │口头 │北牟～西石门间│1228.32 │
│10 │镇后 │西石门～源迁间│547.00 │
│11 │城子 │西石门～源迁间│305.00 │
│12 │源泉 │西石门～源迁间│987.00 │
│13 │小郭庄 │源迁～南博山间│725.00 │
│14 │明峒 │源迁～南博山间│110.00 │整治线路病害时增建│
│15 │王家庄 │源迁～南博山间│373.00 │ │
│16 │桃园1号 │常庄～苗山间 │106.00 │ │
│17 │桃园2号 │常庄～苗山间 │519.00 │ │
│18 │杨家横1号 │常庄～苗山间 │194.00 │ │
│19 │杨家横2号 │常庄～苗山间 │204.00 │ │
│20 │孟家峪 │苗山～桃花峪间│392.16 │ │
│21 │庙子岭 │苗山～桃花峪间│480.00 │ │
│22 │铜子山 │桃花峪～孝义间│851.00 │ │
