Stasiun Gambringan memiliki enam jalur kereta api. Awalnya, jalur 4 merupakan sepur lurus arah Semarang maupun Surabaya serta jalur 3 merupakan sepur lurus dari dan ke arah Gundih. Setelah jalur ganda segmen Ngrombo-Jambon resmi dioperasikan pada bulan Desember 2013,[4] emplasemen stasiun ini diperpanjang ke arah timur laut maupun barat daya. Jalur 4 dijadikan sebagai sepur lurus untuk arah Surabaya saja, jalur 5 dijadikan sebagai sepur lurus hanya untuk arah Semarang, jalur 3 dijadikan sebagai sepur belok maupun sepur badug ke arah barat, sedangkan sepur lurus dari dan ke arah Solo dialihkan ke jalur 2. Sistem persinyalan yang digunakan dulunya adalah sistem persinyalan mekanik dengan sedikit modifikasi berupa perangkat sinyal muka yang berjenis elektrik, kemudian pada tahun 2011 sistem persinyalannya diganti sepenuhnya dengan persinyalan elektrik produksi PT Len Industri.
Jalur 6
←
Sepur belok untuk pemberhentian kereta api ke arah barat
Dahulu ke arah timur stasiun ini, sebelum Stasiun Jambon, terdapat Halte Bolo, Halte Tunggak, dan Halte Welar yang kini sudah tidak aktif. Sementara ke arah selatan stasiun ini, sebelum Stasiun Gundih, terdapat Stasiun Toroh dan Stasiun Ngemplak yang juga bernasib sama.[5]
Sebelum beroperasinya KA Sancaka Utara, jalur cabang ke arah Gundih–Solo sempat jarang sekali dilalui kereta api semenjak tidak beroperasinya KA angkutan ketel/BBM ke Stasiun Cepu dan berstatus sebagai "jalur darurat" yang hanya digunakan apabila segmen Gundih–Brumbung atau Gambringan–Brumbung mengalami gangguan.[6][7]
Insiden
Pada tanggal 26 Desember 2007 siang, banjir merendam Stasiun Gambringan sehingga 3 rangkaian kereta api terpaksa tertunda perjalanannya dan dialihkan ke jalur tengah dan selatan.[8]
Layanan kereta api
Berikut ini adalah layanan kereta api yang berhenti di stasiun ini sesuai Gapeka 2025 revisi per 8 Maret 2025.[9]
↑Officieele Reisgids der Spoor en Tramwegen en Aansluitende Automobieldiensten op Java en Madoera. Staatsspoor en Tramwegen Particuliere Spoor en Tramweg-Maatschappijen. 1931. hlm.164–166.
