Участок Полтава — Гребенка проходит по территории Полтавской области. Длина участка составляет 203 км. Участок однопутный с двухпутными вставками, электрифицированный переменным током напряжением 25 кВ. На участке применяется автоблокировка и диспетчерская централизация. Имеется пассажирское и грузовое движение.

Полтава-Южная (0 км) — крупная сортировочная станция и пассажирский вокзал, находится в г. Полтава, областном центре. Узел направлений на Харьков, Киев, Кременчуг и Лозовую. Станция является конечным пунктом следования пригородных поездов из Огульцов, Гребенки, Ромодана, Кременчуга, Лозовой. На станции расположено управление Полтавской дирекции железнодорожных перевозок, локомотивное депо (ТЧ-5), моторвагонное депо (РПЧ-2) и многочисленные железнодорожные предприятия. Производится формирование грузовых поездов и смена локомотивов. Подъездные пути соединяют станцию с Полтавским тепловозоремонтным заводом, комбинатом хлебопродуктов и другими предприятиями.

Пост 335 км (2 км) — бывший пост, ныне приписан к станции Полтава-Южная. Находится на территории г. Полтавы.

Пост 334 км (3 км) — бывший пост, ныне приписан к станции Вакуленцы. Находится на территории г. Полтавы. В районе поста находится остановочный пункт Крутой Берег.

Вакуленцы (3 км) — узловая станция, находится на территории г. Полтавы. Узел направлений на Харьков, Полтаву-Южную и Полтаву-Киевскую. Останавливаются только пригородные поезда. К станции примыкают подъездные пути нескольких предприятий. На линии Полтава — Гребенка частью станции Вакуленцы является бывший пост 334 км, который включает в себя путь длиной около 1 км со стрелками и сигналами, соединяющий основной парк станции с линией Полтава-Южная — Гребенка.

Разъезд Кривохатки (5 км) — разъезд, находится на территории г. Полтавы. Останавливаются только пригородные поезда.

Разъезд 328 км (9 км) — разъезд, находится на территории г. Полтавы. Останавливаются только пригородные поезда.

Шведская Могила (13 км) — станция, находится на территории г. Полтавы. Останавливаются только пригородные поезда.

Полтава-Киевская (18 км) — крупная грузовая станция и пассажирский вокзал, находится в г. Полтава. Останавливаются пассажирские и пригородные поезда, поездам направления Харьков — Киев производится смена локомотивов. К станции примыкают многочисленные подъездные пути промышленных предприятий.

Супруновка (22 км) — грузовая станция, находится на территории г. Полтавы. Останавливаются только пригородные поезда. Имеются подъездные пути к заводу Химмаш, заводу газоразрядных ламп и другим промышленным предприятиям Полтавы. В 1999–2011 гг. возле станции размещалась тяговая подстанция (ЭЧЭ-11).

Пост 311 км (26 км) — пост, находится возле с. Ивашки Полтавского района Полтавской области. В районе поста располложен остановочный пункт Ивашки. Останавливаются только пригородные поезда.

Абазовка (31 км) — станция, находится в с. Абазовка Полтавского района Полтавской области. Останавливаются только пригородные поезда. Имеются подъездные пути на промышленные предприятия.

Уманцовка (37 км) — станция, находится в с. Кирово Полтавского района Полтавской области. Останавливаются только пригородные поезда. Имеется подъездной путь, на котором осуществляется погрузка сахарной свеклы.

Пост 296 км (41 км) — пост, находится в Решетиловском районе Полтавской области. Ближайший остановочный пункт 294 км находится за 2 км от поста.

Решетиловка (48 км) — станция, находится в с. Жовтневое Решетиловского района Полтавской области. Останавливаются пассажирские и пригородные поезда. Имеются подъездные пути к сельскохозяйственным предприятиям.

Братешки (0 км) — станция, находится в с. Братешки Решетиловского района Полтавской области. Останавливаются только пригородные поезда.

Сагайдак (66 км) — станция, находится в с. Сагайдак Шишакского района Полтавской области. Останавливаются только пригородные поезда. До электрификации участка в 2002 году станция была конечным пунктом движения пригородных дизель-поездов из Полтавы. На станции находится район контактной сети (ЭЧК-8) и тяговая подстанция (ЭЧЭ-14).

Разъезд Федунка (0 км) — разъезд, находится в с. Федунка Шишакского района Полтавской области. Останавливаются только пригородные поезда.

Яреськи (0 км) — станция, находится в с. Яреськи Шишакского района Полтавской области. Останавливаются пассажирские и пригородные поезда. Имеются подъездные пути на Яреськовский сахарный завод и другие предприятия.

Разъезд Матяшовка (0 км) — разъезд, находится в с. Матяшовка Шишакского района Полтавской области. Останавливаются только пригородные поезда.

Гоголево (0 км) — станция, находится в с. Гоголево Великобагачанского района Полтавской области. Останавливаются только пригродные поезда. В 2000–2002 гг. на станции заканчивалась электрификация со стороны Ромодана, выполнялась смена локомотивов, останавливались и пассажирские поезда. Имеются подъездные пути к предприятиям.

Мелашенково (0 км) — станция, находится в с. Мелашенково Миргородского района Полтавской области. Останавливаются только пригородные поезда.

Пост 237 км (0 км) — пост, находится в Миргородском районе Полтавской области. Остановочного пункта не имеет.

Миргород (99 км) — станция, находится в г. Миргород Полтавской области. Останавливаются пассажирские и пригородные поезда. Имеются подъездные пути на Миргородский завод минеральных вод, элеватор и другие промышленные и сельскохозяйственные предприятия.

Пост 227 км (0 км) — пост, находится в Миргородском районе Полтавской области. В районе поста расположен остановочный пункт 227 км, где останавливаются только пригородные поезда.

Кибинцы (0 км) — станция, находится в с. Кибинцы Миргородского района Полтавской области. Останавливаются только пригородные поезда.

Разъезд Беево (ликвидирован) (0 км) — разъезд, находился около с. Беево Миргородского района Полтавской области. Ликвидирован при электрификации участка Ромодан — Миргород в 2000 году. Остановочного пункта не имеет.

Ромодан (131 км) — крупная узловая станция, находится в пос. Ромодан Миргородского района Полтавской области. Узел направлений на Полтаву, Гребенку, Кременчуг и Бахмач. Останавливаются пассажирские и пригородные поезда, производится формирование грузовых поездов и смена локомотивов. Станция является конечным пунктом следования пригородных поездов из Полтавы, Гребенки, Кременчуга, Бахмача. На станции расположено оборотное депо локомотивного депо Гребенка, район контактной сети (ЭЧК-7) и другие подразделения железнодорожных служб. Имеются подъездные пути к предприятиям.

Разъезд Деповской (0 км) — разъезд, находится около пос. Ромодан Миргородского района Полтавской области. Движение поездов осуществляется в направлениях на Ромодан, Гребенку и по соединительному пути на Кременчуг. В районе разъезда расположена тяговая подстанция Ромодан (ЭЧЭ-10). Остановочного пункта не имеет.

Разъезд Стадня (0 км) — разъезд, находится в с. Стадня Лубенского района Полтавской области. Останавливаются только пригородные поезда.

Тарнавщина (0 км) — станция, находится в с. Тарнавщина Лубенского района Полтавской области. Останавливаются только пригородные поезда. Имеется подъездной путь на промышленное предприятие.

Пост 190 км (0 км) — станция, находится в Лубенском районе Полтавской области. Остановочного пункта не имеет.

Солоницкая (0 км) — станция, находится в с. Засулье Лубенского района Полтавской области. Останавливаются только пригородные поезда. Имеются подъездные пути на элеватор, хлебоприемный пункт и другие предприятия.

Пост 183 км (0 км) — пост, находится около с. Терны Лубенского района Полтавской области. При электрификации участка Лубны — Ромодан был ликвидирован, а имеющиеся стрелки и сигналы стали управляться со станции Солоницкая. Остановочного пункта не имеет.

Лубны (161 км) — грузовая станция, находится в Полтавской области. Останавливаются пассажирские и пригородные поезда. Имеются многочисленные подъездные пути к промышленным предприятиям, обслуживаемые Лубенским МППЖТ. Часть этих путей разобрана. На станции расположен Лубенский центр профессионального образования ЮЖД. Установлен тепловоз-памятник ТЭ10-006. Возле железнодорожной станции находится автостанция.

Пост 172 км (0 км) — пост, находится в Лубенском районе Полтавской области. В районе поста расположен остановочный пункт Стронское, останавливаются только пригородные поезда.

Пост 167 км (0 км) — станция, находится в Лубенском районе Полтавской области. Остановочного пункта не имеет.

Вилы (0 км) — станция, находится в с. Вилы Лубенского района Полтавской области. Останавливаются только пригородные поезда. Имеется подъездной путь длиной около 10 км к Оржицкому сахарному заводу. Этот завод примечателен тем, что на нем сохраняется тепловоз ТЭП10-333.

Пост 155 км (0 км) — пост, находится в с. Ивановка Лубенского района Полтавской области. В районе поста расположен остановочный пункт Ивановка, останавливаются только пригородные поезда.

Лазорки (0 км) — станция, находится в с. Лазорки Оржицкого района Полтавской области. Останавливаются пассажирские и пригородные поезда. Имеются подъездные пути к предприятиям.

Разъезд Боярский (0 км) — разъезд, находится в с. Боярский Гребенковского района Полтавской области. Останавливаются только пригородные поезда.

Гребенка (203 км) — станция, находится в г. Гребенка Полтавской области. Узел направлений на Киев, Полтаву, ст. имени Тараса Шевченко, Прилуки. Останавливаются пассажирские и пригородные поезда. Производится формирование грузовых поездов и смена локомотивов. Здесь расположены многочисленные железнодорожные предприятия: локомотивное депо (ТЧ-12), вагонное депо (ЛВЧД-10), дистанции пути (ПЧ-18), сигнализации и связи (ШЧ-11), тяговая подстанция (ЭЧЭ-26), район контактной сети (ЭЧК-20) и другие. Станция является конечным пунктом следования пригородных поездов из Киева, Полтавы, Шевченко, Нежина. В локомотивном депо установлен паровоз-памятник ФД20-2560.