Ihren Anfang nimmt die Döllnitzbahn im Bahnhof Oschatz. Diesen verlässt sie in östlicher Richtung, schwänkt unmittelbar nach Ausfahrt rechts ab und fährt weiter in südlicher Richtung, vorbei an der ehemaligen Gabelungsstelle zur Strecke nach Strehla, durch: Oschatz mit seinen Haltepunkten, sowie Thalheim, Naundorf, Schweta zum Durchgangsbahnhof und Lokeinsatzstelle Mügeln. In Mügeln fähert die Döllnitzbahn neben der ehemaligen von Döbeln kommenden Strecke aus östlicher Richtung ein.

Von Mügeln aus geht es dann weiter in westlicher Richtung durch Mügeln, dann über die heute noch teilweise vorhandene Gabelungsstelle Nebitzschen wo sich die Strecke nach Kemmlitz und ehemals weiter nach Kroptewitz von der Strecke nach Glossen und ehemals weiter nach Wermsdorf und Neichen trennt.