本发明提供了一种铁路快运班列开行方案与车底运用的协同优化方法，包括：建立基于货物流量分配和班列车底接续的协同优化模型和参数约束条件；获取快运班列的已知数据，并根据所述已知数据、所述协同优化模型和所述参数约束条件建立时间‑空间‑班列三维服务网络；对所述三维服务网络进行分解生成多个三维服务子网络并确定每个三维服务子网络的最小费用路径，根据最小费用路径信息生成班列开行方案和车底运用计划。本发明可以减少空车走行，提高车底资源的利用率，降低铁路部门的运营成本，保障快运班列日常运输组织工作的顺利开展；而且考虑二者的有机联系而得到的协同优化结果可为快运班列运行时刻表的编制提供更为可靠的输入信息。