Los problemas de planificación de líneas y de fijación de precios diferenciados son procesos complementarios en el sistema ferroviario, pero generalmente se consideraban procesos separados en la mayoría de la literatura existente. Este artículo estudia un problema de planificación de líneas dependiente del tiempo y un problema de fijación de precios diferenciados con la elección de trenes de pasajeros en redes ferroviarias de alta velocidad bajo una demanda elástica origen-destino-periodo. Después de describir clara y flexiblemente el costo de organización de los operadores, el costo de precio y el costo de tiempo de los pasajeros en un grafo dirigido basado en infraestructura física, se diseña un modelo de optimización conjunto no lineal con una diversidad de objetivos de optimización que maximizan los ingresos totales de los operadores ferroviarios menos el costo total de viaje de los pasajeros. Se diseña un algoritmo basado en un marco de recocido simulado para resolver el modelo de optimización conjunto, y se diseñan seis estrategias de búsqueda de vecindario combinando las características del problema estudiado y el modelo diseñado para mejorar la eficiencia de la búsqueda de soluciones. Los resultados basados tanto en una red ferroviaria de juguete como en una red ferroviaria del mundo real muestran que el plan de líneas dependiente del tiempo optimizado y el plan de precios diferenciados son beneficiosos para aumentar los ingresos totales de los operadores ferroviarios y mejorar el servicio de viaje de los pasajeros ferroviarios.