Die Hauptbahn Oldenburg - Bremen war ursprünglich eingleisig und ist später nach und nach zweigleisig mit 4 m Gleisabstand ausgebaut worden. Sie verläßt den auf + 7,25 N.N. liegenden und mit schienenfrei zugänglichen Bahngleisen versehenen Bahnhof Oldenburg an seinem Ostende, überschreitet auf zweigleisiger, eiserner Drehbrücke - gemeinsam mit der Bahn Oldenburg-Osnabrück - die Hunte, biegt nach S.O. ab und senkt sich auf + 3,50. Bei km 2,28 zweigt die Verbindung für Güterzüge nach dem Verschiebebahnhof Oldenburg an der Strecke Oldenburg-Osnabrück ab. Nach einer längeren ebenen Geraden, die nur bei der Überschreitung des neuen Kanals auf eiserner Brücke ein kurzes Steigen und Fallen aufweist, senkt sich die Bahn auf + 3,00 und erreicht bei km 4,51 den Haltepunkt Neuenwege. Nun folgt ein unbedeutendes Gegengefälle und in kurzem Bogen biegt die Bahn bei km 8,20 in nahezu östlicher Richtung in den Bahnhof Wüsting (+ 3,10) ein. Hier ist in km 8,37 der Fußweg des Wegüberganges mittels Eisenbetonbrücke schienenfrei überführt. Danach beginnt eine lange Steigung, die zunächst auf mäßig hohem Damme durch Wiesenniederungen führt und dann im Reiherholz einen tiefen Einschnitt bildet. Hier erreicht die Steigung ihren Höhepunkt, + 12,00, welche Höhe bis Bahnhof Hude beibehalten wird. Bei km 13,69 liegt die Holzverladestelle und Blockstelle Reiherholz. Hinter dem Reiherholz, in dem ein Weg schienenfrei über die Bahn auf einer gewölbten Eisenbetonüberführung hinweggeht, durchquert die Bahn die Niederung der Berne auf hohem Damm, kreuzt hierbei die schienenfrei unterführten Wege, Vielstädter und Hurreler Kirchweg, km 15,58, sowie einen ferneren Weg in km 16,12, überschreitet die Berne auf gewölbter Brücke und biegt, in die S.-O.-Richtung übergehend, bei km 16,69 in den Bahnhof Hude ein. Hier zweigt die Bahn nach Nordenham-Blexen ab. Um den Inselbahnhof Hude für den Personenverkehr schienenfrei zugänglich zu machen, sind die Bahnhofsgleise durch eine Fußwegüberführung im Zuge der Ortsstraße überbrückt. Hinter dem Bahnhof Hude nimmt die Bahn wieder eine östliche Richtung an, fällt bis km 19,40 auf + 7,80 und steigt dann in einer 3390 m langen Geraden bis dicht vor Bahnhof Grüppenbühren auf + 13,15 an. Bei km 19,68 zweigt ein Anschlußgleis ab. Auf dem Bahnhof Grüppenbühren, km 21,92, überschreitet die Gemeindechaussee die Bahn auf einer Überführung aus Eisenbeton mit 2 Öffnungen. Vom Bahnhof führt ein Nebengleis nach der Sandgrube in dem hier südlich der Bahn liegenden hohen Geestrücken, dann beginnt eine Abbiegung der Linie nach S.-O. Bei km 24,37 und 25,11 zweigen Anschlußgleise ab. Die Bahn fällt bis auf + 6,80 und erreicht nach Durchschneidung des Nutzhorner Holzes bei km 25,40 den am Wege von Stenum nach Schönemoor angelegten Haltepunkt Schierbrook. Neben dem in Schienenhöhe gekreuzten Wege besteht eine Fußwegunterführung. Hinter Schierbrook steigt die Bahn bis auf + 13,60 und biegt in langem Bogen nach S. ab. Bei km 27,06 und 27,80 zweigen Anschlußgleise ab. Nach der Blockstelle Hoykenkamp, km 28,01, fällt die Bahn auf + 8,30 kurz vor Bahnhof Delmenhorst, km 30,70 (+ 8,75), in welchem sie, in die östliche Richtung übergehend, in langem Bogen einbiegt. Hier zweigen die Bahn nach Hesepe und die vollspurige Kleinbahn nach Harpstedt ab. Innerhalb der Stadt Delmenhorst überschreitet die Bahn die Mühlen- und die Stedingerstraße in Schienenhöhe, die Welse auf einer Eisenbetonbrücke und die Delme auf eiserner Brücke. Im Zuge der Mühlenstraße und Stedingerstraße in Delmenhorst sind Unterführungen für den Fußgängerverkehr angelegt. Der Mittelbahnsteig in Delmenhorst ist durch einen Personentunnel schienenfrei zugänglich. Hinter Delmenhorst steigt die Bahn mit 1:154 bis auf 12,70 und fällt dann wieder bis Bahnhof Heidkrug. Bei km 31,54 wird ein Fußweg schienenfrei überführt; bei km 31,77, wo die Bahn den höchsten Punkt erreicht hat, wird die Hasbergerstrasse unterführt. Bei km 31,86 wird die Bahn mittels eiserner Brücke über die projektierte Bahn nach Lemwerder geführt. In dem hier beginnenden Gefälle liegt bei km 32,05 die Unterführung des Anschlußgleises nach der Wollkämmerei und bei km 32,19 eine Straßenunterführung. In km 32,77 kreuzt die Bahn den Hoyersgraben mittels Eisenbetonbrücke, sie erreicht den Haltepunkt Heidkrug, km 34,08, auf + 6,30, überschreitet hier die Heidkruger Bäke auf eiserner Brücke, fällt dahinter auf + 5,20, überschreitet mit kurzem Gegengefälle den Iprumper Graben auf gewölbter Brücke, fällt auf + 5,0, geht dann in einer langen Ebenen mittels eiserner Brücken über den Fleetgraben und die Varreler Bäke und tritt hier, km 36,09, in das Bremer Gebiet ein. Nun steigt sie kurz vor Huchting auf + 6,00, bleibt auf Bahnhof Huchting, km 37,94, wo die vollspurige Kleinbahn von Thedinghausen einläuft, in der Ebenen und geht dann mit Gegengefällen 1:175 über die Huchtinger Flutbrücke, die Ochtumbrücke und die Brücke über den Hakenburger See, wo sie in die N.O.-Richtung abbiegt. Diese Brücken mit je 90 m lichter Durchflußweite sollen dem Weserwasser bei etwaigen Überflutungen den Durchlaß gestatten. Zwischen den Brücken senkt sich die Bahn auf + 5,00, um hier bei Überflutungen Überlaufstrecken zu bilden. Bei km 40,55 zweigt ein Anschlußgleis ab. Vor Bahnhof Bremen Neustadt überschreitet die Bahn die Wartrumer Chaussee und die Woltmershauser Straße mittels eiserner Überbrückungen und steigt auf + 8,40. Sie läßt den Güterbahnhof Bremen Neustadt südlich und endigt als oldenburgische Bahn, auf + 8,40 bleibend, bei km 41,64 vo dem Bahnhof Bremen Neustadt (km 42,00). Sie geht dann teils als bremische, teils als preußische Bahn weiter über die Weser nach dem der preußischen Staatsbahn gehörigen Bahnhof Bremen-Hauptbahnhof, km 44,80.

Reiherholz und Hoykenkamp sind Blockstellen. Reiherholz ist zugleich Holzverladestelle. Der Güterbahnhof Delmenhorst hat keinen öffentlichen Verkehr. Heidkrug dient nur dem Personenverkehr, Schierbrook auch dem Stückgutverkehr, Neuenwege ist für den Personen- und Wagenladungsverkehr eingerichtet, während die übrigen Stationen mit den Gebäuden, Gleisen und sonstigen Einrichtungen für den Personen- und Güterverkehr, sowie mit Kreuzungsgleisen versehen sind. Oldenburg, Hude, Delmenhorst und Bremen Neustadt sind mit Lokomotivschuppen, Lokomotivdrehscheibe und Wasserstation ausgerüstet. Auf sämtlichen Stationen ist die Bahnsteigsperre eingeführt. Bahnsteigüberdachungen sind in Oldenburg, Hude, Delmenhorst, Huchting und Bremen-Neustadt vorhanden. Die Strecke ist mit durchgehender Streckenblockung ausgerüstet. Oldenburg, Hude, Grüppenbühren und Delmenhorst sind Sitze von Bahnmeistereien. In Oldenburg befindet sich die Hauptwerkstätte und der Sitz der Eisenbahndirektion.

An größeren Überbrückungen von Wasserläufen sind vorhanden:

1. km 0,90, Eiserne Drehbrücke über die Hunte mit zwei Öffnungen von je 28,75 m Stützweite
2. km 1,92, Gewölbte Brücke über den alten Kanal von 3,60 m Weite
3. km 3,30, Eiserne Brücke über den neuen Kanal von 10,65 m Stützweite
4. km 15,96, Gewölbte Brücke über die Berne von 6,00 m Weite
5. km 29,73, Eisenbetonbrücke über die Welse von 6,00 m Weite
6. km 31,05, Gewölbte Brücke über die Delme von 12,70 m Weite
7. km 32,77 Gewölbte Brücke über den Hoyers Graben von 5,00 m Weite
8. km 34,19, Eiserne Brücke über die Heidkruger Bäke 10,04 m Stützweite
9. km 34,83, Gewölbte Brücke über den Iprumper Graben von 6,10 m Weite
10. km 35,83, Eiserne Brücke über den Fleetgraben, 3 Öffnungen von je 11,85 m Stützweite
11. km 36,06, Eiserne Brücke über die Varreler Bäke von 10,60 m Stützweite
12. km 37,75, Gewölbte Brücke über das Hunchtinger Fleeth von 3,00 m Weite
13. km 38,74, Huchtinger Flutbrücke, 3 Öffnungen mit eisernen Überbauten von je 31,275 m Stützweite
14. km 39,86, Eiserne Brücke über die Ochtum, 3 Öffnungen mit eisernen Überbauten von je 31,275 m Stützweite
15. km 40,66, Eiserne Brücke über den Hakenburger See, 1 Öffnung von 31,275 m Stützweite, 1 Öffnung von 63,30 m Stützweite

An Unter- und Überführungen sind vorhanden:

1. km Bahnsteigtunnel für Personen auf Bahnhof Oldenburg von 6,10 m Weite
2. km desgl. für Gepäck von 4,00 m Weite
3. km desgl. für Post von 3,50 m Weite
4. km 8,37, Fußwegüberführung bei Bahnhof Wüsting 
5. km 13,78, Fußwegüberführung in Eisenbeton im Reiherholz 
6. km 15,58, Unterführung des Hurreler und Vielstedter Kirchwegs mit eisernem Überbau von 7,40 m Stützweite
7. km 16,12, Gewölbte Wegunterführung von 4,50 m Weite
8. km 16,73, Fußwegüberführung auf Bahnhof Hude 
9. km 21,73, Überführung in Eisenbeton der Gemeindechaussee auf Bahnhof Grüppenbühren 
10. km 25,42, Fußwegunterführung auf Bahnhof Schierbrok von 2,00 m Weite
11. km 27,12, Privat-Feldbahnunterführung von 2,00 m Weite
12. km 30,34, Fußwegunterführung in Delmenhorst von 2,50 m Weite
13. km 30,51, Fußwegunterführung in Delmenhorst von 2,50 m Weite
14. km 30,72, Bahnsteigtunnel in Delmenhorst von 4,00 m Weite
15. km 31,54, Fußwegunterführung von 14,00 m Weite
16. km 31,77, Straßenunterführung von 10,00 m Weite
17. km 31,86, Unterführung der Lemwerder Bahn mit eisernem Überbau von 8,32 m Weite, 12,45 m Weite / 17,82 m Weite
18. km 32,05, Unterführung des Anschlußgleises der Wollkämmerei von 5,00 m Weite
19. km 32,19, Straßenunterführung von 10,00 m Weite
20. km 40,42, Gewölbte Privat-Feldbahnunterführung von 2,00 m Weite
21. km 40,77, Unterführung der Warturmer Chaussee mit eisernem Überbau von 22,86 m Stützweite
22. km 41,62 Unterführung der Woltmershauser Straße mit eisernem Überbau von 19,80 m Stützweite

Wichtigere Straßen- und Chausseeübergänge in Schienenhöhe befinden sich in km 1,24, 30,34, 30,91, 38,2.
Das größte Neigungsverhältnis beträgt 1:154, der kleinste Krümmungshalbmesser 700m. Die Oberbauanordnung der Hauptgleise besteht aus den Formen De 1915, DhBr, Dh, 6b und 6e. Außerdem sind im Gleise Oldenburg-Bremen auf freier Strecke folgende Oberbauanordnungen versuchsweise verlegt worden:

• km 1,905 bis km 3,075 Wechselstegverblattoberbau
• km 3,075 bis km 3,594 Oberbau Dh mit Stoßfanglaschen
• km 11,405 bis km 12,005 Flachkopf-Rippenschienen-Oberbau
• km 12,005 bis km 13,010 desgl. mit Ankerplatten und Doppelschwellen an den Stößen
• km 13,010 bis km 13,520 Oberbau Dh mit lückenlosen Stößen und Einsatzlaschen
• km 13,520 bis km 13,675 Schienen D, Laschen De, hölzerne Schwellen, am Stoß Breitschwellen
• km 13,702 bis km 14,002 Oberbau mit Schienen D nach französischem Muster
• km 14,002 bis km 14,062 Oberbau mit Schienen D auf offenen eisernen Unterlagsplatten

In den Nebengleisen befindet sich fast durchweg Form 6. Die Gleisbettung besteht auf der freien Strecke und in den durchgehenden Bahnhofsgleisen (jedoch ausschl. des bremischen Teils vom Bahnhof Bremen Neustadt) aus Steinschlag, im übrigen aus Sand.